一種關(guān)于光照度數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾[私保護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私保護技術(shù)方案，具體的是對隱私保 護算法逆向研宄，進一步加強隱私保護技術(shù)，屬于計算機無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，有關(guān)于隱私保護技術(shù)在至關(guān)重要。其中，隱私保護技術(shù)主要保 護位置信息、數(shù)據(jù)信息和身份信息。研宄和解決隱私保護問題對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模 應(yīng)用具有重要意義，同時無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征使得數(shù)據(jù)隱私保護技術(shù)面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。目 前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隱私保護技術(shù)已成為研宄熱點。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常容易受到 攻擊，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)很容易被竊取。當(dāng)前隱私保護技術(shù)已經(jīng)成為研宄的熱點，所以出現(xiàn)大量的 隱私保護技術(shù)，但是這些技術(shù)并不是很完善，實際應(yīng)用中很容易受到攻擊和竊取到信息。本 課題主要是對當(dāng)前的隱私保護技術(shù)逆向研宄，更好更全面完善當(dāng)前的隱私保護技術(shù)，更好 實現(xiàn)隱私保護，更適合應(yīng)用中的實用性。有利于以后更深入地研宄各種攻擊和防御手段，具 有實用價值。
[0003] 物聯(lián)網(wǎng)中的隱私保護技術(shù)，即在正確有效地執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，能夠保護節(jié)點 的位置信息、數(shù)據(jù)信息和身份信息等技術(shù)，實現(xiàn)在不泄露隱私信息的情況下完成數(shù)據(jù)聚集、 數(shù)據(jù)查詢和訪問控制等任務(wù)。在實際系統(tǒng)應(yīng)用與部署過程中，隱私問題極大地影響了無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全。因此，在執(zhí)行過程中引入有效的隱私保護機制至關(guān)重要。但當(dāng)前隱私 保護技術(shù)并不完善，從當(dāng)前現(xiàn)有的隱私保護技術(shù)入手，逆向的研宄隱私保護技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其缺 點，進行隱私保護的研宄，對信息是一種逆向的隱私保護，從而完善當(dāng)前的隱私保護技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種關(guān)于光照度數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾[私保護方法，該方 法，本發(fā)明是在不加密的情況下通過增加偽裝數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)擾動技術(shù)實現(xiàn)隱私保護數(shù)據(jù)聚集， 更增加其安全性，并且保證一定的網(wǎng)絡(luò)冗余能力。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明針對【背景技術(shù)】中提出的問題，使用光照度傳感器節(jié)點為例，從采 集光強數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，接收光照度數(shù)據(jù)并圖形顯示，來演示隱私保護算法的過程。在數(shù)據(jù) 傳輸過程中，對數(shù)據(jù)聚集算法的基礎(chǔ)進行逆向的研宄，提出更安全的隱私保護算法，以保護 數(shù)據(jù)的安全。傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)聚集通過對節(jié)點的數(shù)據(jù)融合或者壓縮，這能夠大大減少網(wǎng)絡(luò) 通信量，從而減少傳感器節(jié)點能量的消耗。一般聚集數(shù)據(jù)都是在聚集節(jié)點完成，所以傳感器 節(jié)點就成為攻擊的目標(biāo)，攻擊者一旦捕獲傳感器節(jié)點就能經(jīng)過聚集獲得明文數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù) 密鑰，從而能夠通過逐級進行解密，獲得通過傳感器節(jié)點的敏感數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)聚集的目標(biāo)就 是在聚集節(jié)點不能獲知所收集感知數(shù)據(jù)的情況下計算出聚集結(jié)果。如果其中一個聚集節(jié)點 發(fā)生故障，無法正常工作。為了保障整個網(wǎng)絡(luò)的有效工作，必須采取相應(yīng)的冗余保護措施。
[0006] 針對這些問題，本方法改進一種數(shù)據(jù)聚集算法隱私保護方案，使用最大化聚集或 者最小化聚集，對數(shù)據(jù)在不加密的情況下通過增加偽裝數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)擾動技術(shù)實現(xiàn)隱私保護 數(shù)據(jù)聚集，減輕了能量的消耗，更增加其安全性。整個網(wǎng)絡(luò)上的每一個節(jié)點每過一定的時間 向自己的子節(jié)點和父節(jié)點發(fā)送包含自己ID的數(shù)據(jù)包，當(dāng)子節(jié)點和父節(jié)點收到數(shù)據(jù)包的時 候，返回帶有自己ID的數(shù)據(jù)包，用來確定自己的相鄰節(jié)點的存活情況。以保證網(wǎng)絡(luò)的正常 工作，如果沒有收到返回數(shù)據(jù)包。則重新生成相應(yīng)的路由表，確定新的子節(jié)點和父節(jié)點，其 工作方式和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議類似。
[0007] 現(xiàn)在將整個過程如下：
[0008] 步驟1、首先使用節(jié)點應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序包含一個從光照傳感器上讀取數(shù)據(jù)模 塊。每當(dāng)讀取到10個傳感數(shù)據(jù)時，該模塊就向上發(fā)送一個包。然后編譯該應(yīng)用程序，將其 安裝到一個節(jié)點中，將傳感器節(jié)點主板鏈接到節(jié)點上，以便獲得光強數(shù)據(jù)。
[0009] 步驟2、對于傳感器產(chǎn)生的光照數(shù)據(jù)向上傳送的是一個數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包的格式進 行分析，逐步往上傳輸。將傳感器網(wǎng)絡(luò)用圖（V，e)來表示，圖的頂點V表示傳感器節(jié)點， 圖的邊e表示傳感器間無線連接。將傳感器節(jié)點總數(shù)定義為：N =IVI，一個數(shù)據(jù)聚集函 數(shù)表示：y(t) = fXdJthddth-dJt))，其中屯(1:)表示節(jié)點i在t時刻數(shù)據(jù)。并假設(shè)聚 集是從各個節(jié)點按照一個樹的結(jié)構(gòu)逐步往上。用Ui = Iv11,V21, V31...，vn]表示節(jié)點i的消 息集，用J = {1，2, 4. .. n}表示Ui的位置。同時選擇一個全局秘密信息集K，其中信息集K 是J的子集。為每一個節(jié)點i選擇K的子集BT用于存放真實的光照度信息。用C為每個 節(jié)點i秘密信息集B，并且B是由K和非K的子集組成。全局私密信息K是又最初基站和光 照度傳感器節(jié)點進行共享秘密信息集。
[0010] 步驟3、同時每一個節(jié)點生成的消息Ui并傳送到聚集節(jié)點，假設(shè)這些數(shù)據(jù)范圍 用[d min，dmax]表示，然后在BTi相對應(yīng)的位置上放入真實的光照度數(shù)據(jù)，同時在其他的位 置上加入滿足如下的偽裝數(shù)據(jù)：當(dāng)使用的是最大化聚集時，加入的偽裝數(shù)據(jù)取值范圍在 [CUd i],當(dāng)使用的是最小化聚集時，加入的偽裝數(shù)據(jù)取值范圍在[c^cU。
[0011] 步驟4、對于插入偽數(shù)據(jù)為隨機數(shù)，并在不同的節(jié)點使用不同分配方法產(chǎn)生隨機 值。所以這很難從其他節(jié)點#推出真實的值。
[0012] 步驟5、在聚集過程中，聚集節(jié)點i計算出新的Ui,重新進行上傳。使用節(jié)點j代 表聚集節(jié)點的孩子節(jié)點，V1表示每個節(jié)點的數(shù)據(jù)項，那么新的U 1={vpv2, V3.....vn}為 原來#與它的孩子節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)中相應(yīng)位置數(shù)據(jù)的最值，如果是最大化聚集時，將信息 中的最大值傳輸給基站，如果是最小化聚集時，將信息中的最小值傳輸給基站。其中Vi = max(min) (Vi, W).在消息子集中通過索引代替一個或者多個值，這樣可能使設(shè)置的值出現(xiàn) 更能均勻些分布。
[0013] 步驟6、在基站處理過程中，最后聚集數(shù)據(jù)值聚集到基站，基站得到最終的數(shù)據(jù)集 Ui，然后取J相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)的最值，當(dāng)時最大化聚集的時候，取最大值。當(dāng)為最小聚集的 時候，取最小值。例如，最終得到的最大值為：V 1= max (min) (v^vO。當(dāng)基站逐漸收到解析 到光照度數(shù)據(jù)之后，要對數(shù)據(jù)含義進行解析，把每個數(shù)據(jù)包包含的數(shù)據(jù)字段，消息的格式進 行解析。使用一個監(jiān)聽程序與基站進行通信，從串口讀取數(shù)據(jù)包并將傳輸過來的光照度的 數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。使用一個串口轉(zhuǎn)發(fā)器，通過網(wǎng)絡(luò)與其連接，并獲取數(shù)據(jù)，并解析每個數(shù) 據(jù)包的傳感數(shù)值，然后調(diào)用窗口程序，將光照度的數(shù)據(jù)以線性顯示出來。
[0014] 有益效果：本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私保護技術(shù)方案，具體的 是對隱私保護算法逆向研宄，進一步加強隱私保護技術(shù)。本方案有如下優(yōu)點：
[0015] 1、保密性：為了保護數(shù)據(jù)隱私，實際數(shù)據(jù)顯示節(jié)點i的di，不會泄露給正在網(wǎng)絡(luò)上 監(jiān)聽的人。有的一些隱私保護方案要求將di的信息給基站知道。
[0016] 2、效率：數(shù)據(jù)聚合減小網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量，從而減少了帶寬和功率。
[0017] 3、測量精度：聚合數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以擾動技術(shù)為基礎(chǔ)，更高的實現(xiàn)保密性和工作效 率。
[0018] 4、如下將對方案逐跳和端到端的加密方式進行比較，主要注意其功耗和延遲時 間。
[0019] 表 1
[0020]
[0021] 1)端到端加密：如果沒有聚合時端到端加密是耗電的，因為每一個傳感數(shù)值都要 被送到基站。假設(shè)數(shù)據(jù)是16字節(jié)寬度。表1顯示在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點成3次方倍數(shù)增長對應(yīng)每 一個等級能量消耗。等級表示節(jié)點離基站的跳數(shù)。能量消耗與傳輸比特消耗的能量決定。 節(jié)點更靠近基站消耗更多的帶寬，因為節(jié)點更多的通過他們，為了平衡節(jié)點間流動，或者簇 頭可能要移動，或者節(jié)點本身需要移動，但是這些都是不會實際發(fā)生的。假設(shè)在網(wǎng)絡(luò)中沒有 聚集和N個節(jié)點，那么在這種情況下每一個節(jié)點平均帶寬消耗是O(IogN)，對于該方案帶寬 消耗就是01 Ui I)，因此在端到端中隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模迅速增長，使用電力消耗也迅速增長。此外 由于簇頭節(jié)點必須有更多消息發(fā)送出去，就會出現(xiàn)大量的延遲。
[0022] 2)逐跳加密：通過比較，可見其該方案比其他的方案更節(jié)省能量，雖然逐跳方法 比端到端的方法在簇頭附近時消耗更少的時間，大量的電力被消耗在整個網(wǎng)絡(luò)中，并且增 加了解密和重新加密過程。所以整體消耗還是比較小的。
【附圖說明】
[0023] 圖1是隱私保護方案的示例圖，
[0024] 圖2是整一個方案過程的流程實現(xiàn)圖，
[0025] 圖3是節(jié)點正常情況下。
[0026] 圖4如果5號節(jié)點無法工作，則同為兄弟節(jié)點的6號負(fù)責(zé)接收。
[0027] 圖5如果5號節(jié)點和6號節(jié)點都無法正常工作