基于压缩网络编码的无线传感网隐私与安全机制研究

Compressive Sensing is a influential breakthrough in the field of signal processing. It is able to reconstruct the original signal with perfection while significantly reducing sampling rates, for which it has been extensively studied and applied. Numerous researches have investigated how to apply compressive sensing in wireless sensor networks. Network coding is a new technology to improve network performance and capacity by encoding packets at transmission. These two techniques have been combined to apply in wireless sensor networks, but they only focus on network performance and reliability. Privacy and security issues have been ignored by research community currently. Based on the research results on network coding in the applicant's NSFC youth funding project, this project aims at privacy and security problems in the compressive network coding technique. By considering factors including privacy, security and network performance, the project plans to construct a network model for compressive network coding, employ optimization method to obtain the compressive network codes, realize a decentralized data gathering algorithm, reconstruct and analyze sensing data, provide a mechanism for data security, so as to obtain an efficient, secure and reliable compressive network coding scheme.

压缩感知(Compressive Sensing)是近年来在信号处理领域的重大突破性成果，它可在大幅减少数据采样率的同时完美地重建原始数据，因而得到了广泛的研究和应用，大量研究将压缩感知应用在无线传感网中。网络编码则是通过对数据包进行编码以提高网络性能和容量的新技术。研究者将两者结合起来应用到无线传感网中，但现有的压缩感知+网络编码的方案着重于网络性能和可靠性，其中的隐私和安全问题未得到应有的重视。基于申请人青年科学基金项目在网络编码的研究基础，本项目拟针对压缩感知+网络编码(简称压缩网络编码)中的隐私和安全问题，综合优化隐私、安全和网络性能等因素，通过构建压缩网络编码的网络模型，采用最优化方法求解压缩网络编码方案，进而实现分布式数据收集算法，对感知数据进行重建分析，并提供数据安全保护机制，研究并提出高效、安全、可靠的压缩网络编码方案。

无线传感网在工业、农业、交通、医疗健康等领域具有广泛的应用前景，但是安全和隐私问题是无线传感网中的一大挑战，主要体现在无线感知数据在传输、存储、处理过程中泄露。本项目针对无线传感网中的数据安全和隐私问题，拟采用压缩感知、密码学技术保护无线传感网中的流量隐私和信息安全，研究设计高效、安全、可靠的隐私保护方案。在项目进行的过程中，我们将研究的侧重点放在无线传感网数据安全保护上，重点研究了无线传感网密钥管理、无线传感网数据云存储安全和隐私保护、无线传感网身份隐私保护，并研究了基于区块链的无线传感网安全。.在无线传感网密钥管理方面，我们完成了针对无线传感网密钥管理的研究，为智能电网AMI设计了SKM（Scalable Key Management）方案，解决大规模智能电网AMI系统中智能电表密钥管理问题。.在无线传感网数据云存储安全和隐私保护方面，课题组采用了同态哈希算法设计了可验证加密搜索方案，使得用户可以验证云服务器返回的搜索结果。该方案的计算效率高，对云平台增加的额外负担较小。.在无线传感网身份隐私保护方面，对于物联网系统智能电网中的子系统电动汽车接入电网V2G的身份隐私问题，我们采用了可匿名的安全凭证技术设计了安全隐私保护方案，使得电动汽车在与智能电网进行认证和交互的时候不泄露自己的身份信息。.在基于区块链的无线传感网安全研究方面，我们首先基于区块链技术设计了分布式、高可靠性的公钥基础设施BKI (Blockchain-based Key Infrastructure)，该设施采用了多个证书中心，并使用区块链记录证书颁发、更新、撤销等信息，使得BKI更为安全、透明、可靠。.项目取得的研究成果包括发表学术论文8篇，申请发明专利2项，其中CCF A类期刊3篇，B类期刊一篇，A类会议一篇，C类会议一篇。