[发明专利]一种WSN中基于Top‑k查询的数据隐私保护和完整性验证方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器网络领域和信息安全领域，尤其是一种WSN中基于Top-k查询的数据隐私保护和完整性验证方法。

背景技术

随着物联网的快速发展，传感器网络在环境监测，智慧医疗，国防军事等领域的应用更加广泛。但是在实际应用过程中出现许多数据泄露等安全问题。例如：在智慧医疗的应用中，患者的敏感信息(病例信息)可能会被泄露；在国防军事应用领域，敏感数据的泄露可能造成严重的军事后果。因此，研究和解决传感器网络中数据隐私保护问题，可以促进传感器网络的大规模应用。

传感器网络往往由计算，通信，存储以及能量资源均受限的传感器节点以自组织的方式形成。为延长传感器网络的寿命，研究人员提出了两层传感器网络。在两层传感器网络中，少量资源充足的主节点构成上层网络，大量的资源受限的传感器节点形成底层网络。由于主节点负责数据聚集，存储和执行查询，往往成为被攻击的对象。攻击者俘获主节点后可以获得底层传感器节点采集到的任何感知数据，从而造成敏感数据泄露，通过插入，删除，篡改等攻击方式破坏查询结果的完整性，从而向汇聚节点Sink返回不完整的查询响应结果，使决策者产生错误的决策。因此，传感器网络中数据隐私保护和查询结果的完整性验证已经成为当前的研究热点。

目前，隐私保护技术研究成果主要集中在数据挖掘和数据发布两个领域。隐私保护技术主要有数据匿名化技术(k-anonymity,l-diversity,t-closeness)，数据扰乱技术，数据加密技术等。但是，这些研究都不能直接用在资源受限的传感器网络中，传感器节点的能量消耗将直接影响整个传感器网络的寿命。

Top-k查询是传感器网络中重要的查询方法。目前，很多研究只考虑到了Top-k查询的完整性验证。现有的关于Top-k查询的完整性验证的技术主要有：桶机制，保序加密，随机数干扰技术，数据项加密链技术，消息认证码技术等。2012年范永健，陈红提出了一种两层传感器网络中可验证隐私保护Top-k查询协议，利用随机数扰乱技术，加密和高资源节点之间的安全计算第K位算法能够在不泄露敏感信息的情况下，正确地执行传感器网络Top-k查询，并且分别利用邻居数据项加密链技术和邻居节点概率发送验证消息策略对完整性进行验证。该文章首次实现了数据隐私保护和查询结果的完整性验证，但需要额外的高资源节点作为辅助计算节点来实现数据隐私保护，这就增加了传感器网路的经济负担。2013年周挺等利用素数聚集和差分链技术实现了数据隐私保护和完整性验证。廖晓静等利用保序加密和消息认证技术实现了数据隐私保护和完整性验证，但是大量的消息认证码也增加了传感器网络的能量消耗，不利于延长大型传感器网络的寿命。所以，一种低能耗的数据隐私保护和完整性验证的Top-k查询研究是当前Top-k查询研究的一大挑战。

发明内容

针对现有技术中两层传感器网络中主节点容易受到恶意攻击，造成敏感数据泄露和查询结果的不完整性以及传感器网络资源受限的特点，本发明就以上问题进行研究，提出了一种WSN中基于Top-k查询的数据隐私保护和完整性验证方法,所述Top-k查询方法包括数据提交，执行查询，完整性验证三个阶段。

本发明的技术方案如下：一种WSN中基于Top-k查询的数据隐私保护和完整性验证方法，所述WSN包括若干个查询单元C，每个查询单元C内包含一个主节点M和传感器节点S_i{_i＝1……N}，其包括以下步骤：