梁娜娜 孫芳

引言：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般又簡稱為無線傳感網(wǎng)。通常是由價(jià)格較低、功能多樣的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織構(gòu)成。其在很多領(lǐng)域都受到很高的重視，如醫(yī)療、環(huán)保、智能家庭等。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，隱私保護(hù)的問題已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。本文首先分析研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的必要性，其次論述位置隱私保護(hù)技術(shù)和數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)。旨在探索未來的研究方向。

一、引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，近年來，其應(yīng)用的范圍越來越廣，給很多領(lǐng)域的發(fā)展都做出了重要貢獻(xiàn)。在肯定其作用的同時(shí)，學(xué)者們開始關(guān)注無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題主要指其隱私安全，所以說，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私保護(hù)的研究是無線傳感器安全技術(shù)研究的重要的方面。做好無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的必要性

首先，由于無線傳感器會(huì)被放置在人煙稀少的環(huán)境中，通常無人看守，無法保證傳感器的安全。傳感器時(shí)刻面臨著被攻擊者竊取、破解和更改的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)造成用戶及被監(jiān)視對(duì)象的隱私信息暴露，這樣對(duì)于私密信息的所有者是一個(gè)非常大的威脅。其次，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的電源能量、通訊能力、計(jì)算能力都受到很大的限制，所以在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不能使用復(fù)雜的安全技術(shù)，這樣就更加不能有效的保護(hù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)隱私。最后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的范圍是非常廣泛的，如軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域，在不同的領(lǐng)域中存在著不同的數(shù)據(jù)隱私攻擊方式和隱私保護(hù)的需求。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隱私的保護(hù)不能一概而論。

由此可以得出，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用中，隱私保護(hù)問題已經(jīng)非常的突出，是影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常發(fā)展的重要因素。

三、相關(guān)技術(shù)

1. 位置隱私保護(hù)技術(shù)

位置隱私保護(hù)技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)中的一個(gè)傳統(tǒng)的技術(shù)，也是一個(gè)非常重要的技術(shù)。目前的位置隱私保護(hù)技術(shù)主要就是采取路由隨機(jī)采取和虛假信息源等手段，讓轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)以隨機(jī)的方式將數(shù)據(jù)向遠(yuǎn)離匯聚節(jié)點(diǎn)的方向傳輸。從而隱藏真實(shí)的信息來源，保護(hù)位置信息，這樣的方法使攻擊者很難準(zhǔn)確的獲取節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置信息。

1）本地位置隱私保護(hù)技術(shù)

本地位置隱私保護(hù)又叫做幻影路由協(xié)議。包括兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，就是采用隨機(jī)漫步的方式讓偽源節(jié)點(diǎn)盡量的遠(yuǎn)離真實(shí)源節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)的選擇一個(gè)扇形劃分方式或跳數(shù)劃分方式，并沿著這類節(jié)點(diǎn)路由到偽節(jié)點(diǎn)。通過這樣的過程達(dá)到位置隱私保護(hù)的效果。第二個(gè)階段，就是將偽源節(jié)點(diǎn)以洪泛路由或單路徑路由的方式到達(dá)基站節(jié)點(diǎn)，利用虛假來源的節(jié)點(diǎn)來保護(hù)真實(shí)來源的節(jié)點(diǎn)的位置隱私。

采用幻影路由協(xié)議能夠有效的保護(hù)位置隱私，使攻擊者很難發(fā)現(xiàn)真實(shí)源節(jié)點(diǎn)。但是在進(jìn)行幻影路由協(xié)議時(shí)，需要發(fā)送大量的通信量以達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的作用，這樣的過程會(huì)大大的消耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量，增加了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也延遲了總的通信的時(shí)間。

2）全局位置隱私保護(hù)

全局位置隱私保護(hù)由兩個(gè)方法組成，第一個(gè)是路由到隨機(jī)選擇中間節(jié)點(diǎn)方法。第二個(gè)是網(wǎng)絡(luò)混合環(huán)方法。在這兩個(gè)方法的作用下，就能實(shí)現(xiàn)全局位置的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)。在路由到隨機(jī)選擇中間節(jié)點(diǎn)方法中，通過隨機(jī)選擇的中間點(diǎn)使攻擊者不能準(zhǔn)確的追蹤到源節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過程和幻影路由協(xié)議是非常類似的。接著經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)混合環(huán)方法，使數(shù)據(jù)擴(kuò)展到目的節(jié)點(diǎn)區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全局位置的隱私保護(hù)。

2、數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)就是數(shù)據(jù)聚合，所以數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的關(guān)鍵就是保護(hù)數(shù)據(jù)聚合過程中的隱私性。同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)的有效性和完整性，下面就針對(duì)聚合過程中的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)進(jìn)行介紹

1）基于分簇技術(shù)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是在傳感器節(jié)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)中添加一定數(shù)量的隨機(jī)數(shù)據(jù)來隱藏真實(shí)的數(shù)據(jù)，從而保護(hù)數(shù)據(jù)的隱私性?；诜执丶夹g(shù)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要通過三個(gè)途徑。第一是構(gòu)建簇。即傳感器節(jié)點(diǎn)通過分布式協(xié)議隨機(jī)的形成多個(gè)簇。第二是簇內(nèi)數(shù)據(jù)聚合。即簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)感知數(shù)據(jù)，對(duì)其加密后發(fā)送到其他的節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)聚合，在這樣的過程中應(yīng)保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)不能獲得其他節(jié)點(diǎn)的隱私數(shù)據(jù)。第三是簇之間的數(shù)據(jù)聚合。將每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)形成的數(shù)據(jù)通過路由協(xié)議送達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

基于分簇技術(shù)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)的實(shí)施過程中，單個(gè)簇包含的節(jié)點(diǎn)越多，隱私性的保護(hù)就越好，但是所造成的計(jì)算量就非常大，產(chǎn)生了巨大的計(jì)算消耗。

2）基于數(shù)據(jù)分片的數(shù)據(jù)聚合隱私保護(hù)技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)就是利用切分技術(shù)獎(jiǎng)原始數(shù)據(jù)切成多個(gè)數(shù)據(jù)，然后加密路由到目的節(jié)點(diǎn)，來隱藏真實(shí)的數(shù)據(jù)。它的實(shí)現(xiàn)過程包括三個(gè)步驟。第一，在每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇一組節(jié)點(diǎn)。然后把自己的隱私數(shù)據(jù)分成數(shù)個(gè)小數(shù)據(jù)，在自己保留一個(gè)的情況下，把其他的小數(shù)據(jù)分別發(fā)送給集合中的其他節(jié)點(diǎn)。第二，在收到加密后的分片數(shù)據(jù)后，首先將這些數(shù)據(jù)解密，然后將所有來源不同的數(shù)據(jù)相加，執(zhí)行聚合操作。第三，最后將所有節(jié)點(diǎn)相加后得到的數(shù)據(jù)通過路由協(xié)議傳送到目的節(jié)點(diǎn)。

在這一過程中，中間節(jié)點(diǎn)獲得的只是分片的數(shù)據(jù)，不能獲得完整的數(shù)據(jù)源，這樣就很好的保護(hù)了數(shù)據(jù)的隱私，但是將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行切片，在通信的過程中，引入了額外的通信量，這就造成了很大的通信負(fù)擔(dān)。

3）基于同態(tài)加密的數(shù)據(jù)聚合隱私保護(hù)技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)主要是在不解密的情況下對(duì)密文進(jìn)行聚合操作，在聚合的過程中就很好的發(fā)揮了隱私保護(hù)的作用。同態(tài)加密的優(yōu)勢(shì)在于只在開始和結(jié)束的時(shí)候解密，在中間節(jié)點(diǎn)的傳輸過程中不需要解密，很好的保護(hù)了各個(gè)節(jié)點(diǎn)的隱私數(shù)據(jù)。但是該項(xiàng)技術(shù)基于公共鑰匙密碼體制，計(jì)算非常的復(fù)雜，資源消耗量非常大。

四、總結(jié)

隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的廣泛，在目前，做好無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)工作是很重要的。在本文中從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的必要性出發(fā)，闡述了位置隱私保護(hù)技術(shù)和數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)。在數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)中重點(diǎn)涉及了基于分簇技術(shù)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)、基于數(shù)據(jù)分片的數(shù)據(jù)聚合隱私保護(hù)技術(shù)和基于同態(tài)加密的數(shù)據(jù)聚合隱私保護(hù)技術(shù)，并提出了每個(gè)技術(shù)的優(yōu)缺之處。進(jìn)而提出了將位置隱私保護(hù)技術(shù)和數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)相結(jié)合的方法來進(jìn)行隱私保護(hù)。

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（作者單位：河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院）