无线传感器网络位置信息的安全研究

This project is focused on the design of a secure hierarchical architecture to accommodate the security requirements of node position in wireless sensor networks(WSNs). The proposal is based on secure ranging, with the aim to providing secure node positioning and source-location privacy protection. In ranging layer, the anti-jamming and attack-resistant technique for RSSI，which are suitable for WSNs，are studied based on digital signal processing method. Based On those technologies, a refined RSS-based ranging protocol is proposed to realize attack-tolerant and reduce errors. In positioning layer,a suite of distributed techniques are described to secure node localization, including coarse-ranging based verifiable multilateration, deterministic location verification and detection of malicious beacon node. By applying location-aware and clusering method in networks layer, a dispersive phantom routing protocol secure against local eavesdropper and a privacy-preserving data querying protocol secure against global eavesdropper are respectively proposed to preserve the location privacy of source sensors. We believe this project will provide not only an overall protection for position information in WSNs, but also the theoretical and technological support for building its security architecture.

针对无线传感器网络节点位置信息的安全需求，以安全测距为基础，节点安全定位和源位置隐私保护为目标，构建层次化传感器网络位置信息的安全体系结构。在测距信号层，采用信号处理方法研究适合传感器网络的RSSI抗干扰方法和抗攻击理论，解决RSSI值易受攻击和环境干扰等难点问题；在此基础上，设计安全、稳定、精确的RSSI测距协议。在定位层，分别研究面向粗精度测距的可验证定位算法、确定性的分布式节点位置校验机制和恶意信标节点检测机制，实现节点定位安全；在位置隐私方面，分别基于位置感知和分簇策略，研究面向局部流量分析攻击的分散性幻象路由算法和面向全局流量分析攻击的可扩展数据查询协议。通过本项目的研究，实现对传感器网络节点位置信息安全的综合保障，为传感器网络节点位置信息安全体系的建立提供理论和技术支持。

位置信息是无线传感器网络感知信息中不可或缺的重要组成部分。项目针对无线传感器网络位置信息的安全问题，从位置隐私以及安全可靠定位两大方面展开研究。.在位置隐私方面：（1）提出了一种基于服务相似性的k-匿名位置隐私保护方法，利用位置服务查询结果的相似性来辅助匿名服务器构造匿名区域，有效解决基于位置服务中普遍存在的隐私保护度、位置服务质量和通信开销三者难于平衡的问题。（2）针对连续位置服务的隐私保护问题，分别提出一种基于l-查询的位置隐私保护机制和基于路网的位置隐私保护方法。前者通过随机插入查询主题切断了前后查询之间的连续性，消除了轨迹的完整性。后者则利用路网信息来构建相似轨迹集，用于覆盖用于这l条轨迹，使得位置服务器无法确切获得用户的真实轨迹。（3）提出了一种基于主动共享机制的位置隐私保护方法，通过在邻居节点主动共享位置服务信息，从而减少将自身位置信息直接暴露给服务器的机会，提高了位置服务系统的隐私保护安全；（4）针对匿名服务器可能存在的安全隐患问题，提出了一种基于坐标变换的k匿名位置隐私保护方法，用户请求位置服务时，向匿名服务器发送经过变换后的坐标，匿名服务器可以在不知道用户真实坐标的情况下形成匿名区域，从而提高了隐私保护系统的安全性。. 在安全可靠定位方面：（1）提出了一种基于声誉机制的安全定位算法，该算法引入信标节点的相互监督机制，并应用声誉模型来排除提供错误定位信息的恶意信标节点，从而提高了定位系统的鲁棒性。（2）针对RSSI测距存在的脆弱性问题，提出了一种基于完整性编码和信道不间断占用策略的鲁棒RSSI测距协议，该协议利用随机信号的不可湮灭性和曼彻斯特编码来防止数据被篡改。不仅可以抵抗伪造插入、重放/虫洞等常规攻击，并且可以防止信标信号被恶意干扰而削弱，具有抵抗虚增测距的外部攻击的能力。（3）提出了一种基于参考标签可信度和非线性插值的RFID室内定位算法。算法引入参考标签可信度的概念，使用非线性插值法来计算虚拟参考标签的信号强度，通过非线性插值法来表征虚拟参考标签信号强度在实际定位环境下的真实情况，并应用动态阈值来实现最终的定位。提高了RFID室内定位系统的鲁棒性，减少了定位误差。