无线传感器网络中虫洞攻击的检测算法的研究

无线传感器网络中虫洞攻击的检测算法的研究

论文摘要

无线传感器网络越来越多地被运用到环境监测、公共医疗、军事等领域,于此同时,学术界关于物联网的研究也越来越广泛和深入。网络经常被部署在无人值守的恶劣环境中或者敌对环境下,节点自组织组网使得网络的安全性没有保障,而节点资源有限等特点也决定了现有的安全技术不能直接应用于传感器网络,无线传感器网络的安全问题已经成为一个亟待解决的问题。虫洞攻击是无线传感器网络中一种重要的攻击手段,其特点是:不需要破解密钥或者俘获节点即可发起,易于实施且危害巨大,而且难于预防和检测。现有的一些算法仍存在一定问题:比如需要额外的硬件设施如定向天线、GPS等,检测效果不够好,算法复杂度高等。因此有必要对该问题继续进行研究。本文针对这一问题,根据虫洞攻击发生后网络中出现的一些异常现象来检测虫洞攻击。为研究虫洞攻击的检测方法,本文首先将虫洞攻击的概念抽象,并提出了伪连接的概念来进一步描述虫洞攻击对网络的危害。然后在总结现有研究的基础上提出了新的检.测算法SMRSA.虫洞攻击发生后网络中会出现一些变化:由于隧道的存在,部分路由会明显变短;而且受虫洞攻击影响的节点(称为感染节点)的邻居数会表现出异常增多的现象。根据这些变化本文设计了SMRSA算法,主要分为两个步骤:首先在网络边缘地带布置一些节点对作为源目的(SD)节点对,通过它们发起路由寻找,找到网络中的可疑路径;然后对可疑路径上的节点逐一判断,如果节点的邻居节点数目出现异常,则判定存在虫洞攻击,并且该节点为感染节点。对于感染节点,处理方法是将其从网络中隔离。此外提出了伪连接移除率的评价量,在现有的三个评价量误报率、漏报率、正确率以外补充评价算法的效果。文中使用OMNeT++4.0对相关算法进行仿真实验,在两种不同的拓扑环境下发起虫洞攻击并运行检测算法进行检测,并从四个方面对检测结果进行评价,证明了本文算法的优异性能。在相同条件下对另一种已有的优秀的检测方案WAPN进行仿真,与本文算法的检测结果进行对照,结果表明本文算法在误报率和正确率方面优于WAPN算法。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景和意义
  • 1.2 本文内容和主要贡献
  • 1.3 本文结构
  • 第2章 WSN中虫洞攻击及检测
  • 2.1 无线传感器网络安全概述
  • 2.1.1 无线传感器网络体系结构
  • 2.1.2 无线传感器网络的特点
  • 2.1.3 无线传感器网络中的安全需求
  • 2.1.4 无线传感器网络中的安全问题
  • 2.2 无线传感器网络中的虫洞攻击
  • 2.2.1 虫洞攻击介绍
  • 2.2.2 虫洞攻击的分类及变型
  • 2.2.3 虫洞攻击的实现技术
  • 2.3 虫洞攻击检测方法的研究现状
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 WSN中虫洞攻击检测算法
  • 3.1 问题定义
  • 3.1.1 虫洞攻击模型
  • 3.1.2 网络模型
  • 3.1.3 假设和前提
  • 3.2 检测算法SMRSA
  • 3.2.1 算法描述
  • 3.2.2 源目的节点对数和部署地点的选择
  • 3.2.3 求S、D之间不相交路径的算法
  • 3.2.4 可疑路径及感染节点的判断方法
  • 3.2.5 算法代价分析
  • 3.2.6 检测效果的评价量
  • 3.3 实验
  • 3.3.1 虫洞位置对检测效果的影响
  • 3.3.2 隧道长度对检测效果的影响
  • 3.3.3 感染区重叠大小对检测效果的影响
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 仿真实验与结果评估
  • 4.1 实验环境介绍
  • 4.2 对照算法WAPN原理的介绍
  • 4.3 实验假设与前提
  • 4.4 实验参数讨论
  • 4.4.1 隧道长度对检测结果的影响实验
  • 4.4.2 恶意节点信号范围对检测结果的影响
  • 4.4.3 感染区重叠对检测结果的影响分析
  • 4.4.4 S、D节点对数对检测结果的影响实验
  • 4.5 对比实验性能
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 结论与展望
  • 5.1 论文总结
  • 5.2 下一步工作
  • 参考文献
  • 致谢
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