[发明专利]一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全机制

说明书

一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全机制，涉及水声网络信息安全。针对在水下中心式数据搜集声学传感网拓扑中，单从节点与簇头的互相监督机制存在从节点搜集的决策信息不足且易被干扰篡改现象，提出多从节点协作辅助决策，以降低从节点监督功能的失效概率，提高整个水声传感网的安全性能。为降低从节点同时被恶意攻击的概率，在所有可能的从节点组合中选取监督效果最优的从节点组合，可实现大范围监督，且不易同时被攻击的效果；通过对整个监督过程的分析，理论推导并建立多从节点监督功能的失效概率与普通节点受攻击概率的函数关系，计算机仿真结果与理论分析结果一致，证明所提水声传感网多从节点协作辅助决策安全机制的有效性。

技术领域

本发明涉及水声网络信息安全，尤其是涉及一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全机制。

背景技术

随着海洋物联网概念的提出，在水下进行无线数据的安全传输越来越受到重视，而水声通信是目前海洋中实现无线信息传输的主要技术手段。利用水声通信技术实现水下声学数据搜集的水声传感网，在海洋环境监测、水下航行器、载人潜水器作业等方面有着广泛应用。

水声通信网络同陆地无线通信网络一样，存在安全隐患，比如窃听、DoS攻击(Denial ofService简称，即拒绝服务)、物理攻击等。针对不同的安全隐患，有不同的对应措施：一般采用加密传输机制防止敌方窃听，而对于物理攻击，则难以用软件进行对抗；至于DoS攻击或者是设备异常等所导致的问题，则需要一定的认证机制或者是信任模型对节点进行判决；因此，信任模型可较好地解决不论是受到主动攻击还是自我攻击所带来的数据受损或者是被欺骗等问题。

目前，相对于水声通信而言，陆地无线通信领域的信任模型研究比较充分，例如GTMS(Group-Based Trust Management Scheme)、EDTM(Efficient Distributed TrustModel)、ATRM(Agent-based and Reputation Management Scheme)等均是针对陆地无线通信而展开的研究。近年来，水声传感网的安全传输问题也逐渐引起人们的重视，例如ARTMM(Attack-Resistant Trust Model Based onMultidimensional Trust Metrics)是较早出现的水声传感网信任模型(G.Han,et al.,“An Attack-Resistant Trust Model Based onMultidimensional Trust Metrics in Underwater Acoustic Sensor Network,”IEEETransactions on Mobile Computing,2015,14(12):2447-2459)，之后出现了STMS(Synergetic Trust Model Based on SVM)、TMC(Trust Model Based on Cloud Theory)等信任模型，但至今其相关研究和讨论仍不算多。其中，STMS模型是针对水声传感网分簇拓扑结构中的簇头攻击检测而设计的信任模型(G.Han,et al.,“A Synergetic Trust ModelBased on SVM in Underwater Acoustic Sensor Networks,”IEEE Transactions onVehicular Technology,2019,68(11):11239-11247)。该模型设置一个簇头、一个从节点以及一套评估节点信任值的计算体系，来保证簇头信息的安全传输，即用单个从节点搜集周围与簇头有信息交互的节点的信任值来监督簇头行为，若从节点对簇头的评估信任值低于预设的阈值，则认为簇头已被攻击，需要更换簇头。但是，只有一个从节点，利用单从节点对簇头进行评估存在片面信任可能，仍不足以保证簇头信息的安全传输，一是因为从节点获得的其他节点所提供的信任值可能是片面的、局部的，二是因为单从节点受到攻击的概率更大，所以从节点失去监督功能(从节点失效)的可能性高。当簇头正常时，若从节点将簇头评估为异常，则会导致簇头进行不必要的更换，耗费更多的能量，降低水下传感器节点的使用寿命；当簇头异常时，若从节点将簇头评估为正常，则会使得错误的信息被传输，既不利于信息正确传输，也会由于错误信息传输而耗费不必要的能量，这也是让从节点错误决策而失去监督功能的一种行为。