一種用于分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分級匿名通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分級匿名通信方法。該方法以假名為基礎(chǔ)，對普通節(jié)點和簇頭節(jié)點的匿名保護(hù)采用分別控制的方式，實現(xiàn)匿名通信過程。所述方法中依據(jù)網(wǎng)絡(luò)選定的分簇方法進(jìn)行分簇，簇內(nèi)節(jié)點的假名由簇頭分配和管理，而簇頭節(jié)點假名的管理由基站負(fù)責(zé)，由此構(gòu)成了兩級匿名通信方式，實現(xiàn)對假名的分級管理。該方法中，簇內(nèi)節(jié)點只需要保存自身和簇頭節(jié)點的真實ID以及假名ID，極大地減少了能量和內(nèi)存消耗，改善了目前大多數(shù)加密匿名保護(hù)方法中計算量大和存儲信息量大的問題。該方法可以有效的保證普通節(jié)點和簇頭節(jié)點的匿名性，抵抗流量分析等攻擊，并可以方便地應(yīng)用在任何形式的分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。
【專利說明】一種用于分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分級匿名通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種用于分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分級匿名通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳感器技術(shù)已開始得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)可連接物理世界和數(shù)字世界,它是一種特殊的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，可應(yīng)用于布線和電源供給困難的區(qū)域、人員不能到達(dá)的區(qū)域(如受到污染、環(huán)境不能被破壞或敵對區(qū)域)和一些臨時場合(如發(fā)生自然災(zāi)害時，固定通信網(wǎng)絡(luò)被破壞)等，它不需要固定網(wǎng)絡(luò)支持，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點，可廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、交通、環(huán)保、醫(yī)療等領(lǐng)域。
[0003]隱私安全是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的一個重要安全威脅。節(jié)點的位置、身份等信息一旦暴露，將會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)暴露甚至被攻擊者完全破壞以致癱瘓。匿名通信技術(shù)是保護(hù)隱私安全的一種有效方法。匿名性主要包括節(jié)點匿名、節(jié)點位置隱私、不可追蹤性和不可連接性。
[0004]目前解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私安全問題的方法也有很多，主要可以分為兩大類，一類是抵御流量分析的虛假流量技術(shù)，CPA (Control Packet based Anonymity)是以發(fā)送虛假數(shù)據(jù)包來隱藏真實流量的方法，該方法是針對所有節(jié)點發(fā)送虛假數(shù)據(jù)包以隱藏真實流量的方法會帶來巨大的能量消耗的不足提出旳。有數(shù)據(jù)要發(fā)送的節(jié)點被標(biāo)記為Ready，沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送的節(jié)點標(biāo)記為Idle。規(guī)定在時間t內(nèi)Ready節(jié)點發(fā)送事件數(shù)據(jù)，Idle節(jié)點則發(fā)送相同長度的虛假數(shù)據(jù)包。當(dāng)Idle節(jié)點有數(shù)據(jù)包要發(fā)送時，由狀態(tài)Idle轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)Ready,反之亦然。一類是從路由出發(fā)的路由策略,幻影路由(Phantom Routing),是最早關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置隱私保護(hù)問題的工作之一。它假設(shè)攻擊者監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的移動情況，試圖通過定位源節(jié)點并追蹤數(shù)據(jù)包來定位sink節(jié)點。幻影路由協(xié)議通過稱之為幻影源節(jié)點的數(shù)個遠(yuǎn)離真實源節(jié)點的虛假節(jié)點來迷惑攻擊者。這些幻影源節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包后，通過洪泛方式發(fā)送出去，或者只發(fā)送給sink節(jié)點?？梢钥闯?，這樣可以保護(hù)目的地址，但以洪泛方式發(fā)送數(shù)據(jù)包，會增加能量和帶寬負(fù)擔(dān)。
[0005]隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣泛，隱私保護(hù)問題會越來越多的受到關(guān)注，因此尋找更為安全、高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)方法是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種用于分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分級匿名通信方法，該方法基于假名技術(shù)，對普通節(jié)點和簇頭節(jié)點的匿名保護(hù)采用分別控制的方式，實現(xiàn)匿名通信過程，不會引入大量的內(nèi)存和能量消耗，在保證性能的前提下，可以有效的保護(hù)節(jié)點隱私，并可以方便的應(yīng)用在任何形式的分簇式無線傳感網(wǎng)絡(luò)中。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[0008]一種用于分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分級匿名通信方法，包括以下步驟:
[0009]a初始化狀態(tài)下，當(dāng)選為簇頭的節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播成為簇頭的消息，并將自身的真實ID、與基站之間的距離信息包含在廣播數(shù)據(jù)包中；
[0010]b簇內(nèi)部分，由簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)簇內(nèi)節(jié)點假名的分配與更新過程
[0011]節(jié)點收到各個簇頭的廣播消息后，根據(jù)自己到各個簇頭的距離選擇加入距離最短的簇，并向選定的簇頭發(fā)送一個加入請求類型數(shù)據(jù)包消息，加入請求類型數(shù)據(jù)包中包含節(jié)點自身的真實ID和位置信息；
[0012]簇頭收到加入請求類型數(shù)據(jù)包消息后，將節(jié)點的信息提取出來并保存，同時產(chǎn)生一對假名分配給該節(jié)點和簇頭，然后簇頭向該節(jié)點發(fā)送加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息，該對假名信息包含在加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包中，同時加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包中還包含一個時間Tl，規(guī)定假名的使用期限；簇頭保存一個表格，將該簇頭所在簇中各個節(jié)點的真實ID、假名ID和簇頭假名ID—一對照保存；節(jié)點收到加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包后，保存節(jié)點自身的假名ID和簇頭假名ID ;在后面的通信過程中，節(jié)點將這對假名作為數(shù)據(jù)包的源地址和目的地址；
[0013]當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點的假名使用期限達(dá)到時間Tl后，簇內(nèi)節(jié)點向簇頭發(fā)送假名請求類型數(shù)據(jù)包消息申請新的假名，發(fā)送數(shù)據(jù)時使用簇內(nèi)節(jié)點當(dāng)前的假名ID ;簇頭收到請求后，根據(jù)假名請求類型數(shù)據(jù)包中的假名找到對應(yīng)的簇內(nèi)節(jié)點，然后產(chǎn)生一對新的假名并發(fā)送一個假名請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包給該簇內(nèi)節(jié)點，同時更新表格；簇內(nèi)節(jié)點收到假名請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息后，更新節(jié)點自身的假名ID和簇頭假名ID，并重新設(shè)定時間Tl ；
[0014]c簇間部分，由基站負(fù)責(zé)簇頭假名的分配和更新過程
[0015]基站收到各個簇頭的廣播消息后，提取出簇頭的真實ID和距離信息，為每個簇頭產(chǎn)生一個假名，并規(guī)定簇頭假名的使用時間T2，同時根據(jù)距離信息為每個簇頭分配一個下一跳，距離基站最近的簇頭的下一跳即為基站；基站將這些信息保存在表格中，并將假名ID以及下一跳假名ID封裝在數(shù)據(jù)包中，發(fā)送路由回復(fù)類型數(shù)據(jù)包給簇頭；
[0016]簇頭收到路由回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息后，提取出自身的假名ID以及它的下一跳假名；融合了簇內(nèi)數(shù)據(jù)的簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用假名ID將數(shù)據(jù)發(fā)送給基站分配給它的下一跳；
[0017]當(dāng)簇頭的假名使用期限達(dá)到時間T2后，簇頭向基站發(fā)送假名申請數(shù)據(jù)包消息，假名申請數(shù)據(jù)包消息直接發(fā)送給基站，基站收到假名申請數(shù)據(jù)消息后，查詢其路由表格，找到請求的簇頭的真實ID，然后為該簇頭產(chǎn)生新的假名，并發(fā)送假名申請回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息給該簇頭，然后更新表格，同時基站向以該簇頭為下一跳的簇頭發(fā)送消息，通知該簇頭假名的變化；簇頭收到假名申請回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息后，更新簇頭自身的假名ID，并重新設(shè)定時間T2 ；
[0018]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重新分簇后，重復(fù)執(zhí)行上述步驟a、步驟b和步驟C。
[0019]本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果:
[0020]本發(fā)明以假名為基礎(chǔ)，對普通節(jié)點和簇頭節(jié)點的匿名保護(hù)采用分別控制的方式，實現(xiàn)匿名通信過程。所述方法中依據(jù)網(wǎng)絡(luò)選定的分簇方法進(jìn)行分簇，簇內(nèi)節(jié)點的假名由簇頭分配和管理，而簇頭節(jié)點假名的管理由基站負(fù)責(zé)，由此構(gòu)成了兩級匿名通信方式，實現(xiàn)對假名的分級管理。該方法中，簇內(nèi)節(jié)點只需要保存自身和簇頭節(jié)點的真實ID以及假名ID，極大地減少了能量和內(nèi)存消耗，改善了目前大多數(shù)加密匿名保護(hù)方法中計算量大和存儲信息量大的問題。該方法可以有效的保證普通節(jié)點和簇頭節(jié)點的匿名性，抵抗流量分析等攻擊，并可以方便地應(yīng)用在任何形式的分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明簇內(nèi)部分匿名通信過程的一種實施方式的流程示意框圖。
[0022]圖2為本發(fā)明簇間部分匿名通信過程的一種實施方式的流程示意框圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖以及【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0024]本發(fā)明的基本思想是針對分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，使用假名的方式實現(xiàn)匿名通信過程。首先由簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)簇內(nèi)節(jié)點假名的分配以及更新過程，簇內(nèi)節(jié)點與簇頭節(jié)點進(jìn)行直接通信。假名全部由簇頭節(jié)點進(jìn)行保存，簇內(nèi)節(jié)點只需要保存自身節(jié)點和簇頭節(jié)點的假名即可。簇頭與不同的簇內(nèi)節(jié)點通信使用不同的假名。其次基站負(fù)責(zé)簇頭節(jié)點的假名產(chǎn)生與更新。簇頭與基站通信使用多跳通信機(jī)制，由基站負(fù)責(zé)為每個簇頭分配一個唯一的下一跳簇頭節(jié)點，簇頭只需要保存下一跳信息，因此可以有效的保護(hù)簇頭隱私，并可以抵御共謀攻擊等。
[0025]為了更好地理解本發(fā)明，將涉及到的部分縮略語定義如下:
[0026]CH_ADV:簇頭廣播當(dāng)選為簇頭的消息
[0027]J0IN_REQ:節(jié)點申請加入某個簇的消息
[0028]J0IN_RES:簇頭回復(fù)節(jié)點的加入請求消息
[0029]Route_RES:基站向簇頭發(fā)送假名和下一跳消息
[0030]FakeID_REQ:新假名請求消息
[0031 ] FakeID_RES:簇頭回復(fù)節(jié)點的假名請求消息
[0032]CHf id_REQ:簇頭向基站申請新的假名消息
[0033]Fid_RES:基站回復(fù)簇頭新假名的申請消息
[0034]Nfid_Send:基站通知簇頭下一跳的新的假名消息
[0035]表I中列出了方法執(zhí)行過程中用到一些符號和意義說明:
[0036]表I
【權(quán)利要求】
1.一種用于分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分級匿名通信方法，其特征在于包括以下步驟:a初始化狀態(tài)下，當(dāng)選為簇頭的節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播成為簇頭的消息，并將自身的真實ID、與基站之間的距離信息包含在廣播數(shù)據(jù)包中； b簇內(nèi)部分，由簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)簇內(nèi)節(jié)點假名的分配與更新過程節(jié)點收到各個簇頭的廣播消息后，根據(jù)自己到各個簇頭的距離選擇加入距離最短的簇，并向選定的簇頭發(fā)送一個加入請求類型數(shù)據(jù)包消息，加入請求類型數(shù)據(jù)包中包含節(jié)點自身的真實ID和位置信息； 簇頭收到加入請求類型數(shù)據(jù)包消息后,將節(jié)點的信息提取出來并保存，同時產(chǎn)生一對假名分配給該節(jié)點和簇頭，然后簇頭向該節(jié)點發(fā)送加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息，該對假名信息包含在加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包中，同時加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包中還包含一個時間Tl，規(guī)定假名的使用期限；簇頭保存一個表格，將該簇頭所在簇中各個節(jié)點的真實ID、假名ID和簇頭假名ID—一對照保存；節(jié)點收到加入請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包后，保存節(jié)點自身的假名ID和簇頭假名ID ;在后面的通信過程中，節(jié)點將這對假名作為數(shù)據(jù)包的源地址和目的地址； 當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點的假名使用期限達(dá)到時間Tl后，簇內(nèi)節(jié)點向簇頭發(fā)送假名請求類型數(shù)據(jù)包消息申請新的假名，發(fā)送數(shù)據(jù)時使用簇內(nèi)節(jié)點當(dāng)前的假名ID ;簇頭收到請求后，根據(jù)假名請求類型數(shù)據(jù)包中的假名找到對應(yīng)的簇內(nèi)節(jié)點，然后產(chǎn)生一對新的假名并發(fā)送一個假名請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包給該簇內(nèi)節(jié)點，同時更新表格；簇內(nèi)節(jié)點收到假名請求回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息后，更新節(jié)點自身的假名ID和簇頭假名ID，并重新設(shè)定時間Tl ；c簇間部分，由基站負(fù)責(zé)簇頭假名的分配和更新過程 基站收到各個簇頭的廣播消息后，提取出簇頭的真實ID和距離信息，為每個簇頭產(chǎn)生一個假名，并規(guī)定簇頭假名的使用時間T2，同時根據(jù)距離信息為每個簇頭分配一個下一跳，距離基站最近的簇頭的下一跳即為基站；基站將這些信息保存在表格中，并將假名ID以及下一跳假名ID封裝在數(shù)據(jù)包中，發(fā)送路由回復(fù)類型數(shù)據(jù)包給簇頭； 簇頭收到路由回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息后，提取出自身的假名ID以及它的下一跳假名；融合了簇內(nèi)數(shù)據(jù)的簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用假名ID將數(shù)據(jù)發(fā)送給基站分配給它的下一跳； 當(dāng)簇頭的假名使用期限達(dá)到時間T2后，簇頭向基站發(fā)送假名申請數(shù)據(jù)包消息，假名申請數(shù)據(jù)包消息直接發(fā)送給基站，基站收到假名申請數(shù)據(jù)包消息后，查詢其路由表格，找到請求的簇頭的真實ID，然后為該簇頭產(chǎn)生新的假名，并發(fā)送假名申請回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息給該簇頭，然后更新表格，同時基站向以該簇頭為下一跳的簇頭發(fā)送消息，通知該簇頭假名的變化；簇頭收到假名申請回復(fù)類型數(shù)據(jù)包消息后，更新簇頭自身的假名ID，并重新設(shè)定時間T2 ； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重新分簇后，重復(fù)執(zhí)行上述步驟a、步驟b和步驟C。
【文檔編號】H04W12/00GK103825907SQ201410098775
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】石樂義, 付文靜, 賈聰, 盧熠, 邢文娟, 劉昕 申請人:中國石油大學(xué)(華東)