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无线传感器网络的安全路由技术研究 报告人：谢晓宇 什么是无线传感器网络 无线传感器网络是由一组能量有限的传感器节点通过无线介质自组织构成,不需要固定网络支持,具有快速展开,抗毁性强等优势的无线网络。它能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。它能够适用于人们无法接近的恶劣或特殊环境,如地震与气候监控、外层空间以及矿山资源探索、安全生产监控等,是信息感知和采集的一场革命。无线传感器网络节点间通过多跳转发机制进行数据通信,所有节点都处于平等地位,每个节点兼备路由器和主机两种功能,不但执行自己的应用任务(如感知和传输数据), 还要参与路由的发现、维护,以及网络的组织构建。因此,路由技术是无线传感器网络的关键技术。 无线传感器网络的路由技术 无线传感器网络是一种特殊的移动Ad Hoc无线网络,与Ad Hoc网络最大的区别就是具有无全局标识、节点数量大且密集、多对一通信、数据冗余大和资源受限等特点。在无线传感器网络的研究初期,人们一度认为成熟的Internet路由技术加上Ad Hoc网络路由机制对无线传感器网络的路由设计是足够充分的,但深入的研究表明:无线传感器网络有着与传统网络明显不同的路由技术要求。 (1) 降低能耗。由于无线传感器网络节点能量有限,所以路由技术必须将有效利用能源放在第一位,将服务质量 (QOS)放在第二位考虑; (2) 遵循多对一通信方式。无线传感器网络是以数据为中心(Data Centric)进行路由的,数据传输遵循多对一 (Many To One)的通信模式,不同于传统 Ad Hoc网络的点对点通信模式; (3) 减少冗余信息。无线传感器网络邻近节点间采集的数据具有相似性,存在冗余信息,需经数据融合(Data Fusion) 处理后再进行数据传输; (4) 受限节点状态。在无线传感器网络中,节点的状态一般分为传输、接收、空闲和休眠四个状态,节点处于不同的状态下,所消耗的能量级别是不同的。路由技术必须考虑节点当前状态。 (5) 适应动态拓扑结构。无线传感器网络某节点可能会因能量耗尽或其他原因,退出网络运行;也可能由于需要而被添加到网络中,会使网络的拓扑结构随时发生变化。路由技术需支持网络拓扑结构的动态变化。 (6) 安全强度高。无线传感器网络节点都是暴露的设备,缺少物理安全保护,并且通信方式还是无线传输,网络安全问题大大增大了。路由技术必须加入安全机制以增强网络安全强度。 因此,包括Ad Hoc网络在内的传统网络路由技术都无法直接应用到无线传感器网络中,针对无线传感器网络中数据传送的特点,已经提出许多新的较为合适有效的路由技术。就路由算法而言,按实现方法划分,有洪泛式路由(如 Go ssiping)、以数据为中心的路由(如Directed Diff usion)、层次式路由(如LEACH)、基于位置信息的路由(如GPSR)等。但是,这些针对无线传感器网络提出的路由算法,只对节点有限的性能和网络特性的应用进行了尽可能的完善,却没有考虑安全问题。 路由面临的安全威胁 在无线传感器网络中,大量的传感器节点密集地分布在一个区域里,消息可能需要经过若干节点才能到达目的地,但由于传感器网络的动态性,没有固定基础结构,每一个节点都是潜在的路由节点,更易受到攻击,主要攻击有以下几种: (1) 虚假路由信息。通过欺骗、篡改和重发路由信息,攻击者可以创建路由环,吸引或者拒绝网络信息流通量,延长或者缩短路由路经,形成虚假错误消息,以分割网络,增加端到端的时延。 (2) 选择性地转发。节点收到数据包后,有选择地转发或者根本不转发收到的数据包,导致数据包不能达到目的地。当攻击者确定自身在数据流传输路径上的时候,该攻击通常是最有效的。可以想象得到,当一个攻击者对正窃听的数据流通过相邻节点的时候,有可能通过阻塞或者制造冲突,对它感兴趣的每个转发数据包实行选择性地转发攻击。因此 ,我们相信发起选择性地转发的攻击者最可能攻击的路径是抵抗力最弱的路径,并且企图把自己藏身于数据流传输的实际路径之上。 (3) sinkhole 攻击。攻击者的目标是吸引从一个区域来的几乎所有的数据流通过一个已经受到入侵的节点,使它看起来对周围基于一定路由算法的节点更具有吸引力。通过正式存在的或者是虚假的通往已被入侵节点的高性能路由,攻击者周围的每个节点就很可能会把转发目的地的数据包交给攻击者传输,并且向各自相邻的节点传播这个颇具吸引力的路由消息。 由于无线传感器网络中大量的数据包都是通过多跳或单跳的通信方式共享同一目的地,一个被入侵的节点只需要提供通往目的地的高性能路由,就能