一種wsn中基于角度和幻影源的源位置隱私保護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種源位置隱私保護方法，具體地，是一種基于角度和幻影源的源位 置隱私保護方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks, WSN)由普通傳感器節(jié)點（Node)和 基站（也叫匯聚節(jié)點，Sink Node)組成，集感知、通信和數(shù)據(jù)處理于一體，擴展了人們的信 息獲取能力。在基于事件驅(qū)動的WSN中，距離監(jiān)測事件最近的節(jié)點被稱為源節(jié)點（Source Node)。節(jié)點一旦監(jiān)測到事件，便產(chǎn)生事件消息并發(fā)送給基站。然而，共享的無線傳輸媒介 使得敵方很容易定位消息的發(fā)送者。所以，敵方雖然不能獲取加密后的數(shù)據(jù)包內(nèi)容，卻能夠 逆向、逐跳追蹤源節(jié)點位置。在目標(biāo)追蹤和監(jiān)測型WSN應(yīng)用中，源節(jié)點位置的暴露將嚴(yán)重威 脅到監(jiān)測對象的安全。例如，大量的傳感器節(jié)點部署在野外監(jiān)測珍稀動物或者散布于戰(zhàn)場 獲得軍隊的實時消息。動物的位置不能被偷獵者獲知，軍隊的位置不能被敵軍掌握。因此， 源節(jié)點的物理位置隱私保護成了一個值得研究的問題。
[0003] 針對具有局部流量監(jiān)測能力的攻擊者，現(xiàn)有技術(shù)中已提出幻影路由協(xié)議來保護源 節(jié)點的位置隱私，該方法仍然存在以下技術(shù)問題：產(chǎn)生的幻影源會高度集中于以真實源為 圓心，以h為半徑的圓上。對于有一定記憶能力的攻擊者，一旦發(fā)現(xiàn)了這個規(guī)律，定位真實 源位置就變得輕而易舉。另外，h跳洪泛過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)會給系統(tǒng)帶來較重負(fù)載，會 縮短網(wǎng)絡(luò)生命周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種WSN中基于角度和幻影源的源位置隱私 保護方法，通過基于不同的角度動態(tài)隨機產(chǎn)生幻影節(jié)點，使傳感器節(jié)點利用充裕區(qū)域的能 量形成動態(tài)的、路徑足夠長的路徑，從而達(dá)到有效保護源節(jié)點位置隱私的同時保證網(wǎng)絡(luò)壽 命最大化。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：包括如下步驟：
[0006] (1)網(wǎng)絡(luò)初始化，靜態(tài)部署網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并實現(xiàn)每個節(jié)點網(wǎng)絡(luò)參數(shù)預(yù)載入，；
[0007] (2)進行基于角度的幻影路由，首先定義幻影區(qū)域，用均勻角度法劃分幻影區(qū)域， 由隨機選定的小區(qū)域隨機產(chǎn)生幻影節(jié)點，然后將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至幻影節(jié)點；
[0008] (3)在幻影源節(jié)點的圓周方向上進行一定跳數(shù)的圓周路由，完成幻影源節(jié)點到中 介節(jié)點的通信；
[0009] (4)采用最短路徑路由方式從中介節(jié)點將數(shù)據(jù)包傳送至基站。
[0010] 進一步地，在網(wǎng)絡(luò)初始化中，首先基站載入一對非對稱密鑰（Kpub，Kp")，每個普通 節(jié)點預(yù)載入與基站共享的公鑰K pub，幻影源節(jié)點與真實節(jié)點之間的最小距離1?_和幻影源 節(jié)點與真實節(jié)點之間的最大距離1?_，基站設(shè)定計時器并向全網(wǎng)廣播初始化消息包，包括消 息類型、基站位置、跳數(shù)計數(shù)hops和預(yù)載入的初始化數(shù)據(jù)，其中計時器時長為網(wǎng)絡(luò)初始化 階段時長，hops初始值為0。之后，對于首次接收到消息包的節(jié)點，將hops加1，更新hops 的值并向鄰居節(jié)點廣播該消息。對于接收到的消息包，節(jié)點將自身ID和跳數(shù)hops加入鄰 節(jié)點列表中，重復(fù)上述過程直到計時器超時。
[0011] 進一步地，在進行基于角度的幻影路由中，設(shè)定幻影源節(jié)點與真實源節(jié)點的距離 為D G [R_，R_]，以監(jiān)測到事件消息的真實源節(jié)點為圓心，以R_為外圓半徑，R_為內(nèi) 圓半徑，形成幻影區(qū)域。將幻影區(qū)域均勻分成y份，每份區(qū)域的角度巾=(2JI)/y，分 別定義這些區(qū)域為&1，a2，…，。源節(jié)點在進行數(shù)據(jù)包的傳輸時，首先選擇一個區(qū)域、，
[1，y];源節(jié)點和幻影源之間的夾角0 G [( A i JO,（ A JO]，源節(jié)點和幻影源之 間的的距離d G [Rmin, Rmax]，則幻影源節(jié)點的相對位置為（Source, xd+dcos ( 0 )，Source. yd+dsin(0 ))，其中Sourcexd為源節(jié)點的x坐標(biāo)，Sourceyd為源節(jié)點的y坐標(biāo)。
[0012] 進一步地，在進行圓周路由中，幻影源節(jié)點在圓周方向上路由的跳數(shù)
其中表示幻影源節(jié)點的鄰節(jié)點數(shù)，SPy表示幻 影源節(jié)點到基站的最短路徑，X是影響因子。
[0013] 在WSN中采用該方法后，產(chǎn)生的幻影源節(jié)點更加分散，攻擊者難以追蹤到真實源 節(jié)點。還可以依據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，定義合適的幻影源區(qū)域，有效控制幻影源節(jié)點的分 布。另外，根據(jù)幻影節(jié)點的鄰節(jié)點個數(shù)及其到基站的跳數(shù)選定一個第三方節(jié)點作為幻影節(jié) 點到基站的路由中介，從而使路由在位置空間上在整個網(wǎng)絡(luò)中隨機出現(xiàn)，使攻擊者難以從 路由路徑上推測出源節(jié)點的位置。同時由于不產(chǎn)生洪泛過程，從而不會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，因此 系統(tǒng)負(fù)載不會過重，網(wǎng)絡(luò)生命周期也得以延長。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0015] 圖2為該方法的路由過程圖。
【具體實施方式】
[0016] (1)網(wǎng)絡(luò)初始化，靜態(tài)部署網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并實現(xiàn)每個節(jié)點網(wǎng)絡(luò)參數(shù)預(yù)載入，；
[0017] (2)進行基于角度的幻影路由，首先定義幻影區(qū)域，用均勻角度法劃分幻影區(qū)域， 由隨機選定的小區(qū)域隨機產(chǎn)生幻影節(jié)點，然后將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至幻影節(jié)點；
[0018] (3)在幻影源節(jié)點的圓周方向上進行一定跳數(shù)的圓周路由，完成幻影源節(jié)點到中 介節(jié)點的通信；
[0019] (4)采用最短路徑路由方式從中介節(jié)點將數(shù)據(jù)包傳送至基站。
[0020] 進一步地，在網(wǎng)絡(luò)初始化中，首先基站載入一對非對稱密鑰（Kpub，Kp")，每個普通 節(jié)點預(yù)載入與基站共享的公鑰Kpub，幻影源節(jié)點與真實節(jié)點之間的最小距離1?_和幻影源 節(jié)點與真實節(jié)點之間的最大距離1?_，基站設(shè)定計時器并向全網(wǎng)廣播初始化消息包，包括消 息類型、基站位置、跳數(shù)計數(shù)hops和預(yù)載入的初始化數(shù)據(jù)，其中計時器時長為網(wǎng)絡(luò)初始化 階段時長，hops初始值為0。之后，對于首次接收到消息包的節(jié)點，將hops加1，更新ho