[发明专利]一种建立水下传感器网络中信任模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建立水下传感器网络中信任模型的方法，属于水下传感器网络信任管理技术领域。

背景技术

近年来，水下传感器网络已经广泛应用于海防、水下勘探、水下探测及监视等领域。随着水下传感器网络应用的日益复杂，其安全需求也呈现多样性。传统的基于密码体系的安全机制主要用于抵抗外部攻击，无法有效解决由于节点被俘获而发生的内部攻击。而且由于传感器节点能力所限，网络中往往采用基于对称密码算法的安全措施，当节点被俘获时很容易发生秘密信息泄露，如果无法及时识别被俘获节点，则整个网络将被控制。在实际应用中，水下传感器网络常常被部署无法实施物理保护的环境中，节点被俘获的现象极易发生，这就需要有效机制及时识别被俘获节点，有针对性地采取相应措施以减小系统损失。

信任管理被认为是对传统的基于密码体制安全措施的有效补充，在对等网络、网格以及普适计算等环境中已被广泛研究。信任模型在抵抗内部攻击、识别恶意节点、自私节点及低竞争力节点等方面发挥着重要作用，可应用于安全路由、安全定位、数据融合等方面的研究，用以提高系统的安全性、可靠性和公平性。

经对现有文献检索发现，目前尚未有针对水下传感器网络信任管理的研究，但是针对陆上无线传感器网络（WSNs）环境的信任模型的研究较多，相关文献如下：

1、2004年，Ganeriwal等人首次在《Reputation-based Framework for High Integrity sensor Networks》中，提出适用于WSNs的基于信誉的信任管理框架RFSN（Reputation based Framework for Sensor Networks），主要包括watchdog和信誉系统两个模块。采用watchdog机制监视节点行为并将其划分为合作/不合作行为。输出结果送入信誉系统模块进行信誉的表示、更新、整合，最终生成节点信任值，并根据设定的阈值进行决策。信誉值的计算采用贝叶斯公式，并假定先验分布为Beta分布或Dirichlet分布，节点的信任值为信誉值的期望值。RFSN管理框架比较完整，提出了用于监视节点行为的Watchdog机制，可应用范围广，灵活性好，但是不能有效抵抗恶意或预谋的攻击行为，如外来节点有意篡改感知数据的攻击。

2、2005年，Yao等人在《A Security Framework with Trust Management for sensor Networks》中，提出了传感器网络中基于信任管理的安全框架，包括应用描述、网络输入/输出、信任管理、安全响应4个逻辑组件，其中信任管理采用分布式的信任模型，首先分别计算直接信任值和推荐信任值，再由二者加权得到综合信任值。该模型没有考虑数据因素，认为每个节点都存在推荐节点这个假设条件也并不完全成立，并且，在信任计算过程中，采用了密码操作，例如，使用哈希序列值证实信息是否来自基站，使用消息认证码判断报文的完整性等，这些操作都使得算法的复杂度上升。

3、2007年，Matthew等人在中《Statistical Trust Establishment in wireless Sensor Networks》，采用统计学的方法计算WSNs中的信任值，以减少故障节点和恶意节点的影响。首先计算统计学上的信任值，然后根据节点直接和间接的经验建立基于此信任值的置信区间。建立置信区间同时考虑了节点的直接经验记录条目和其他节点的间接经验记录，但是，经验条目包含内容较多，而每个节点保存邻居节点的多个经验条目，需要较大的缓存器。该模型适用于故障节点和妥协节点，但是没有考虑恶意节点的诸如窃听、假冒、拒绝服务等攻击。

4、2009年，Chen等人在《Task-based Trust Management for Wireless Sensor Networks》中提出基于任务的信任模型，在传感器网络中，节点不仅负责传输数据，更重要的是感知、采集数据，每个传感器节点都承担着不同的任务，因此，Chen等人针对不同邻居节点间的不同任务分别计算信任，该信任模型包括三个模块：检测模块，信誉评估模块和信任计算模块。由于每个节点都需要时刻保持对邻居节点所有任务的监听，因此，该信任模型能耗较大，同时需要记录不同任务的信任值，占用存储空间也较大。