两层传感器网络中面向隐私保护的安全Top-k查询技术研究

With the development of wireless sensor networks, privacy-preserving has become the hot issues in the field of universal requirement. The two-tiered wireless sensor networks is a new kind of sensor networks with the advantages of simple structure, easy to expand et al, and it is becoming an important direction of the wireless sensor networks. Top-k query is one of the important operations of events monitoring and data analysis in wireless sensor networks. Secret comparison is the key problem to achieve the privacy-preserving oriented secure top-k query in two-tiered wireless sensor networks, the research of which is still in its infancy. Therefore, the existing work of such secure top-k query can not protect the privacy from attackers. Aiming at the two-tiered sensor networks environments, this project mainly focuses on systematic solutions of privacy-reserving oriented secure top-k query processing. Several methods will be investigated, such as 0-1 encoding base secret comparison, privacy-preserving top-k query, query result integrity verification, and Bloom filter and 0-1 encode random selection based top-k query optimization methods for prolonging the lifetime of networks. The research of this project would provide a theoretical basis and technical support for the development and application of secure data query in wireless sensor networks.

随着传感器网络技术的发展，隐私保护已成为该领域具有普遍性要求的热点问题。两层传感器网络是一种结构简单、易扩展的新型网络，是传感器网络的一个重要发展方向。Top-k查询是传感器网络进行事件监测和数据分析重要手段之一。数据的秘密比较是实现面向隐私保护的安全Top-k查询必需解决的首要难题，而适用于两层传感器网络的秘密比较机制尚处于研究空白，导致现有安全Top-k查询技术无法解决数据的隐私保护问题。基于此，本课题首先研究基于0-1编码的两层传感器网络秘密比较机制，并在此基础上，研究基于秘密比较的隐私保护Top-k查询方法和基于密文约束链的查询结果一致性验证技术，以解决数据隐私泄露和数据篡改、伪造等攻击造成的查询结果不一致的可验证性问题；为提高网络生命周期，研究基于Bloom过滤器和0-1编码随机选择的Top-k查询优化方法，为传感器网络安全数据查询领域的发展和应用提供理论基础与技术支撑。

随着传感器网络技术的发展，隐私保护已成为该领域具有普遍性要求的热点问题。传统的多跳传感器网络的存在拓扑结构复杂、资源受限等限制性条件，不利于安全保护措施的大规模部署和实施。两层传感器网络是一种结构简单、易扩展的新型网络，是传感器网络的一个重要发展方向。Top-k 查询是传感器网络进行事件监测和数据分析重要手段之一，针对隐私保护和查询结果一致性验证这两个安全问题，研究面向两层传感器网络的安全Top-k查询处理技术具有重要的研究意义和应用价值。. 本项目重点研究两层传感器网络环境下的隐私保护和一致性验证Top-k查询处理技术，并在此基础上拓展研究安全最值查询和范围查询技术。包括：1) 研究基于安全比较码的秘密比较模型和数据约束链模型，为解决查询处理中的隐私保护和查询结果一致性验证建立理论模型基础；2) 研究基于秘密比较模型的隐私保护Top-k查询技术和基于数据约束链模型的一致性可验证Top-k查询技术，并研究兼顾数据隐私保护和查询结果一致性验证的安全Top-k查询技术；3) 为提高网络生命周期，降低参与查询处理的感知节点的能量消耗，研究以降低网络通信代价为目标的Top-k 查询优化方法；4) 以上述安全Top-k查询技术的系统化研究为指导，拓展研究具备隐私保护和(或)一致性验证的安全最值查询和范围查询；5) 为验证查询处理协议和算法的可行性和有效性，设计并实现面向传感器网络数据查询的实验仿真系统。. 项目研究完成了预期目标，共发表或录用论文19篇，其中SCI检索10篇，EI检索18篇，已录用1篇；获得发明专利申请7项、软件著作权3项；培养硕士生6名、博士生2名、博士后1名。