物联网环境下信任机制的研究

Due to the nature of the Internt of Things (IoT) deployment being prone to the surrounding environment and suffering from other types of attacks in addition to the attacks found in traditional networks, other security measurements different from the traditional approaches must be in place to improve the security of IoT. The trust establishment between nodes is an effective method to evaluate the trustworthiness of other nodes, as the survival of IoT is dependent upon the cooperative and trusting nature of its nodes. Under the background of IoT, this program researches theories and methods of trust mechanism of wireless sensor networks (WSNs) in IoT systematically, identifying trusted nodes and improving network security. Firstly, based on fuzzy theory and game theory, with the relevant mathematical models and tools, we abstract nodes cooperation as one game, which we model and make equilibrium analysis of, then we propose a nodes cooperation model based on trust mechanism . Secondly, combined with knowledge of secure communication in cryptography, we design group (cluster) based secure communication protocol to achieve reliable transmission of messages. Thirdly, with the specific applications of IoT, we provide trust mechanism of WSNs in the IoT, achieving the combination between the constructed cooperation models and the designed secure communication protocol. Finally, we construct trust mechanism based trusted routing protocols, expanding the scopes of the trusted routings. Our research has an open wide application prospect and great academic values.

物联网本身的特性决定了传统方法的安全措施，不足以完全解决物联网中无线传感器网络（WSNs）所遭受的各种安全攻击。而在节点之间建立信任关系则可以有效解决该问题。项目以物联网为背景,以识别可信节点、提高网络安全性为目标,研究物联网中WSNs的信任机制的理论和方法。首先，以模糊理论和博弈论为基础，利用相关数学模型和数学工具，对节点的协作问题进行博弈建模和均衡分析，构建WSNs中基于信任机制的节点协作模型。其次，结合密码学中安全通信的相关知识，设计基于群组（簇）的安全通信协议，实现消息的可靠传输。再次，结合物联网的特征，以所设计的节点协作模型和安全通信协议为基础，研究并构建物联网环境下的信任机制。最后，构造基于信任机制的可信路由协议，拓展可信路由的内容。本项目的研究可应用于战场的实时监控和评估以及大气环境的监测和预报等领域，具有广阔的应用前景和推广价值。

本项目对数据融合理论与博弈论、安全通信等相关理论的结合问题进行了研究，探索发现它们相互结合的规律和公理，并将其应用于构造物联网环境中的信任模型和可信路由，有效解决了一系列相关的应用问题。在网络节点协作模型研究方面，研究了恶意节点对网络性能的影响及恶意节点识别方法，研究了节点协作的度量方法，提出了基于D-S证据理论的监测机制和基于模糊逻辑的节点协作机制；在安全通信的研究方面，研究了安全通信协议的形式化定义、构造方法、安全性相关定理，提出了基于群组（簇）的安全通信协议，实现了信息的可靠传输，提高了网络的安全性能；在物联网环境下的信任机制研究方面，研究了节点可信度的度量方法，分析了影响节点可信度的因素，建立了节点信任推荐机制，提出了物联网节点信任模型；在基于信任机制的可信路由协议研究方面，结合博弈论的思想，研究了可信路由的度量标准，设计了新的度量参数，在前期所提信任模型的基础上，提出了基于信任机制的可信路由，并通过仿真实验验证了协议的正确性，评估了其网络性能，提高了网络的可靠性、鲁棒性以及安全性。本项目的研究成果不管是对于民用领域还是军事领域都有重要的意义，一方面可以用于大气环境的监测和预报以及人体生理数据的跟踪和监控等方面，另一方面也可以用于战场的实时监控，实现及时的战场侦察、准确的态势感知与科学的效能评估，从而实现高效的指挥效能，提供精确的后勤保障，具有非常广阔的应用前景和推广价值。