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基于无线传感器网络云连接认证的研究

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胡乃钰王文鹏

无线传感器网络是用于获取和配置数据的技术，在数据传送的过程中必须保证数据准确并且完整，不会被其他数据干扰或插入，因此，人们引进了认证技术。本文主要针对传感器在社交平台上的认证进行研究。

在没有外部恶意行为的情况下，以云计算为核心的无线传感器网络中，安全性意味着要用更高的成本来进行系统的维护工作，尤其是基于该系统本身的自定义功能。将数据从一个传感器传输到云且保证它不被破坏，需要认证技术提供很高的安全性。在生活中这种认证的例子较多，例如狗的鼻纹、人的面部特征和指纹等，但是用单个特征进行认证存在缺点，利用多个特征源进行认证可以明显提高认证效率。

传感器认证

云传感器由测量感知、网络传输和云端组件3个部分所构成。其中，由网络组件与传感器组件是云传感器的特征。服务器收集到的数据直接记录在相关平台上，用户可以直接从云平台获取数据，这种机制传输的成本较为低廉。认证是网络安全中比较重要的一环，分为实体认证和信息认证，实体认证是访问控制相关问题的核心，意味着网络中的一端通过协议认同接收另一端数据的过程；信息认证确保了来源身份的合法性和数据完整性，防止被外部恶意篡改。由于传感器受到计算能力的约束，传统的网络认证机制不能很好地直接运用在实际的社交平台上。目前常用的认证手段之一就是在社交网络上引入分区，严格管控分区中的成员，达到隔绝外部恶意的数据流的作用。此种做法会造成网络质量不佳、信息不通畅等缺陷，难以在实际中进行广泛应用，传感器的认证必须另谋出路。

相关前沿技术

为了允许具有合法身份的用户加入网络，且有效防止非法用户，在无线传感器网络上采用物理身份验证机制不失为一种有效手段。实体认证协议目前主要运用于公众场所，用于判断用户身份的有效性。而这种方法的技术基础主要来源于公钥算法和秘密共享。R.Watro等提出了一种名为TinyPK实体认证方案，此种方案的优势具有较低指数的RSA。这是一种通过请求-响应机制的身份验证协议，用预置的CA和EP进行公钥和私钥的转化，通过三次确认获得最终的合法身份。由于无线传感器的节点缺少名称和标识，身份盗用仍然是一个问题。研究发现，在自然界当中，生物的特征是非常适合用来进行安全认证的信息源，是解决身份验证问题的较优解决方案。传感器可以通过改造，配合力学上的应力数据化对应生物表征，从而达到适配以及认证的目的。目前，人们通过测试已经确定系统应答与时钟速率关系中的转折点，实现这种模式的工作原理没有阻碍，但是目前技术所做到的识别能力尚不够强大，无法作为认证的可靠依据。

对于信息认证

对于某些小型的传感器网络来说，基站可通信的范围包括了大部分的节点。从内部的角度来说，基站可以对控制信息进行直接传输，反馈到各个节点，这些节点可以进行单跳通信，反馈相应的数据到主网上。在基于单跳通信的系统中，单向和全向通信2种手段可以提供合法的信息源，但要求必须添加单播源的身份验证以及广播源的身份验证。单播源的认证是指认证节点之间的其中一种通信方式，认证节点间的单播通信往往较为简单，在信息传送时，每个节点可以与对应的基站共同使用一套认证系统，MAC值会伴随着发送方根据与基站共享的认证信息和发送数据计算的认证信息一起传送。接收到信息后，收件人通过计算MAC值确定2组数据是否相同，由此确认信息来源合法。当前还存在一种逐跳验证的方法，即在每一跳的通信线路上共享密钥，这样一来2个无法直接认证的通信终端也可以互通信息。如果能通过保修验证，还可以间接地验证信息。每个路由中转发节点只会验证转发的数据而不会更改信息，如果被捕获会严重破坏通信的安全性。多路径验证取代节点间的单播通信，此种方法主要是通过多个不相交的身份验证路径，对同一个信息进行传送，目标都是同一个节点。假如目标节点接收到的是不同版本但相關的信息，则会选择合法的信息，发送的非法信息会被标记为来自不受信任的路径。

无线传感网络自采用以云计算为核心的计算方式之后发展迅猛，但目前安全认证系统的构建无法满足这种发展趋势，整个传感器系统难以在本地运行而完全不受影响，解决无线传感器网络云链接的认证问题迫在眉睫。

基金项目：辽宁科技大学2020年期大学生创新创业训练计划（202010146021）

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