WSN中基于连通性信息的虫洞攻击检测算法的研究

论文摘要

随着无线传感器网络应用在军事等数据敏感领域的深入,其安全问题研究成为热点,而虫洞攻击防御是无线传感器网络安全研究的一个重要领域。当前,设计出一种适合传感器网络特点的虫洞攻击检测方法具有非常重要的理论和实际意义。本文介绍了无线传感器网络的安全形势和安全隐患,分析了虫洞攻击原理和目前热点研究的防御手段。本文着重研究无线传感器网络的虫洞攻击检测算法。应对虫洞攻击是一项极富挑战性的工作,因为攻击者不需要使网络中的节点妥协而仅使用便携设备或其它无线设备即可在低延迟信道中传送分组。本文设计了一种可应用于无线多跳网络中检测虫洞攻击的算法。算法使用连通性信息来寻找连通图中的禁止结构,并借助路径存在检测来寻找当前状态下没有发生攻击的证据。不同于其它文献中提到的技术,本文设计的算法是完全局部的,不需要专业硬件设备或者定位信息,使得该算法具有普适性。本文在仿真结果中显示了算法能够接近100%检测成功并且几乎没有误报,不论网络是否高度连通。证明了算法的检测成功率与节点的平均密度无关,其高效性不会因为网络连通的频繁改变而受到影响。本文同时在真实的传感器环境中依据内存需求和处理过程的开销提供了算法正确性的评估与分析,证明了算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络体系结构
• 1.1.2 无线传感器网络的特点：优势与局限
• 1.1.3 无线传感器网络的应用
• 1.2 研究背景
• 1.3 课题的提出
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 无线传感器网络安全形势与虫洞攻击
• 2.1 无线传感器网络的安全需求
• 2.2 无线传感器网络安全隐患
• 2.3 针对WSN的攻击模式
• 2.3.1 针对WSN网络层的攻击手段
• 2.3.2 对抗虫洞攻击的重大意义
• 2.4 虫洞攻击原理与分类
• 2.5 虫洞TEST-BED进行虫洞攻击模拟演示
• 2.5.1 实验部件
• 2.5.2 硬件部署
• 2.5.3 实验的软件环境
• 2.5.4 AODV协议
• 2.5.5 演示实验
• 2.6 小结
• 第3章 虫洞攻击检测技术的分析
• 3.1 基于分组约束的虫洞检测机制
• 3.2 时间飞跃法
• 3.3 从虫洞产生迹象发现虫洞攻击
• 3.4 虫洞检测专业技术
• 3.4.1 利用定向天线
• 3.4.2 网络可视化技术
• 3.4.3 使用定位守护节点
• 3.4.4 基于静态网络的简单无线室外路由协议
• 3.4.5 统计学分析方法
• 3.5 对于几种典型方法的比较
• 3.6 小结
• 第4章 基于连通性信息的虫洞攻击检测算法
• 4.1 设计目标
• 4.2 相关网络模型假设与符号说明
• 4.2.1 节点及通信假设
• 4.2.2 攻击模型假设
• 4.3 基于连通性信息的虫洞攻击检测算法的设计方案
• 4.3.1 单位圆盘图模型
• 4.3.1.1 虫洞检测难度
• 4.3.1.2 单位圆周封装
• 4.3.1.3 虫洞检测问题中的禁止结构
• 4.3.2 对于节点分布和一般通信模型的考虑
• 4.3.3 捷径存在检测
• 4.3.3.1 虫洞防御的局部路径存在检测
• 4.3.3.2 捷径存在-可能性分析
• 4.3.4 结合AODV路由协议的检测算法描述
• 4.4 小结
• 第5章 仿真实验与结论
• 5.1 仿真参数与方法
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 检测成功率的比较
• 5.2.2 检测误报率的比较
• 5.2.3 禁止结构系数的讨论
• 5.2.4 路径存在检测概率
• 5.2.5 实际传感器设备中的实现与实验
• 5.3 结论
• 5.4 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 研究与展望
• 参考文献
• 致谢