物联网背景下的传感器网络安全可靠技术研究

物联网是继计算机、互联网与通信网络之后的第三次信息产业浪潮，在物流、交通、军事、城市管理等行业有良好的应用前景。随着物联网逐步走向产业化，将要面对外部攻击等安全挑战以及通信失败等可靠性问题。保证物联网的安全可靠运行，成为迫切需要解决的重大问题。传感器网络是物联网技术的基础，由于系统复杂度的提高和攻击模型的改变，传统的传感器网络安全可靠技术不能直接在物联网背景中应用。本项目分析传感器网络与互联网整合过程中出现的安全可靠问题，并结合团队在传感器网络安全可靠领域的研究成果，从两个层面保障物联网的正常运行，一方面是抵御人为袭击的安全防护技术，另一方面是检测、排除非人为因素故障的可靠性技术。在安全方面，本项目将创造性的使用非密码原语手段设计安全协议，使用团队原创的Petri网方法对安全协议进行形式化建模及验证；在可靠技术方面，团队将针对数据性和结构性的错误，在异构适配基础上开发相应的机制。

传感网是物联网重要的组成部分，负责将物理世界的特征通过传感器转换为数字信号并通过自组织网络来进行汇聚传输。研究团队围绕传感网安全可靠问题，分析、设计并实现并了一系列网络协议和技术，为传感网进一步走向大规模应用提供了坚实的技术基础。. 在传感网安全协议方面，研究团队提出了一系列网络安全协议，包括用户认证、隐私保护、安全重编程协议等。研究团队提出了隐私保护的用户认证协议，为传感网提供了基础性的数据安全保障。为了解决某些传感网节点无法支持密码操作这一问题，研究团队针对性地提出了非密码原语的安全协议。研究团队还针对传感网无线重编程过程中的安全性问题提出了安全保障技术，进一步提高了节点系统软件的安全性。这一系列安全协议为传感网的敏感数据、用户的隐私以及节点系统软件提供了全面的安全保护。. 为了验证协议的安全性，研究团队采用了形式化方法系统地验证了所提方法以及技术的安全性，同时分析了多种网络攻击下协议的安全性。此外，研究团队在无线传感网络安全协议的基础上将成果拓展到了移动通信网络等通用无线网络中，并针对网络的不同特性提出了多种安全协议以及用户隐私保护方法。. 在可靠性保障方面，研究团队基于对节点系统行为建立的马尔科夫模型提出了节点自诊断技术，能够在节点端有效全面地检测数据性以及结构性的异常。其基本思路是对传感节点的运行状态迁移事件进行建模，当一种小概率迁移事件发生时则认为该迁移可能为异常情况。此外，研究团队研发了一种基于动态日志记录的在线错误检测与调试技术，能够在代码级对系统程序进行诊断，确保系统长期稳定运行。这一技术能够在传感节点运行时动态进行有针对性的二进制注入，获取实时日志信息并对其分析，以很小的代价发现系统问题的根源所在。. 本课题计划在高水平期刊及会议上发表论文15 篇，其中SCI 收录的论文8 篇；申请国家发明专利7-10 项；培养博士研究生4 名，硕士研究生5 名以上。课题实际发表高水平期刊及会议论文27篇，其中SCI收录21篇；申请国家发明专利18项，其中7项已经授权；培养博士研究生5名，硕士研究生8名，完成课题预期目标。相关研究成果获得国家科技进步二等奖。