[发明专利]基于多重虚假身份的传感器网络定位防御方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于多重虚假身份的传感器网络定位防御方案，主要解决传感器网络定位安全的问题，属于信息安全领域问题。

背景技术

现在，无线传感器网络的应用越来越广泛，在环境监测、医疗卫生、灾难预防、物流跟踪、交通监测、军事监控等领域都有应用。典型的无线传感器网络由一个个传感器节点组成，每个传感器节点都能探测发现具体的事件。

对于无线传感器网络的应用，必须保证其性能和可用性，而大部分应用都需要定位作为其基础。传感器节点的位置信息保证了传感器网络采集信息的有效性，定位技术支撑着无线传感器网络，所以，定位的安全性决定着无线传感器网络的安全性。

如果定位节点受到重放、虫洞或者网络内部的恶意攻击，产生错误的位置信息，会使整个无线传感器网络的安全遭到破坏。如果将受到攻击的无线传感器节点放在监视战场环境等重要的场景中，会使网络失效，从而造成难以估计的重大损失。因此，研究安全的定位技术是十分必要的。

发明内容

技术问题：本发明的内容是针对战场上部署的无线传感器网络，首先，能够在正常的、没有攻击的环境下，准确地定位出传感器节点的坐标，并且在此基础上，对敌方的传感器节点的定位系统进行监视和破坏，实现降低甚至破坏敌方节点自身的定位系统，降低敌方的作战效能。在此基础上，研究防御方案。

技术方案：本发明提出一种基于多重虚假身份的传感器网络定位攻击方案。该方案首先要正确地定位传感器节点，定位系统包括了网关节点、参考节点、盲节点这几个组成部分。

网关节点：无线定位系统的网络协调器，协调器的芯片选择为CC2430，与监控计算机相连。它在整个系统中十分重要，首先它要接收由监控计算机提供的各种节点的配置数据，包括参考节点和盲节点，然后发送给相应的传感器节点；并且还要接收各个传感器节点发送的信息，传输给监控计算机。

参考节点：参考节点能发送信号强度指示值(RSSI)和自己的位置坐标给网络中的盲节点，所以参考节点的实际位置必须与设置的自身坐标相一致，参考节点本身不参与定位的计算。8个参考节点可以组成一个定位系统，不能少于3到4个参考节点。

盲节点：盲节点自身的位置坐标是不固定的，由其周围的参考节点的坐标来计算它自身的坐标。盲节点与距离其最近的参考节点进行通信，收集这些节点发送过来的位置坐标和RSSI值，再与盲节点自身的参数相结合，计算出自己坐标。然后将自身的坐标等信息发送给网关节点，网关节点再上传给计算机定位监控系统。

利用的CC2431无线定位引擎技术，该技术基于接收信号强度值(RSSI)，定位系统由参考节点和盲节点组成。参考节点已知自身坐标，可以发送包含自身的坐标信息和RSSI值的数据包给相邻节点。盲节点接收其周围参考节点发出的坐标及相应的RSSI值，并将其写入定位引擎，由定位引擎计算，得出盲节点的坐标位置。

本发明在准确定位节点的基础上，引入了攻击节点，攻击节点通过伪装多个虚假身份节点，破坏正常系统中依赖多节点合作和多路径路由，对网络中其他节点表现出多重身份。

节点定位过程中，未知节点需要得到至少三个信标节点的参考信息才能够进行自身坐标的计算。如果一个攻击节点假扮了多个信标节点身份，这样就破坏了定位系统的冗余策略。进行多重身份虚假信息攻击时，攻击节点直接与合法节点进行通信。当合法的未知节点发送一个定位请求消息给其邻居节点时，在其通信范围内的攻击节点会监听到这个消息。此时，攻击节点将在不同时刻，以不同的身份向未知节点提供虚假的定位参数，从所有虚假节点发送出的消息事实上是从同一个攻击节点发出的。在此定位过程中，在不同的时刻，一个攻击节点表现为具有不同身份的多个虚假节点。

多重虚假身份的传感器网络定位攻击是指一个攻击节点违法地以多个身份出现，如图1所示，其中，A，C，D是正常的参考节点，在不同时刻，攻击节点B展现不同的假冒节点B1，B2，B3，当接收到盲节点的定位请求时，攻击节点B在不同时刻以不同的身份向盲节点发送不同的定位参数。未知节点不同时刻会接收到3个不同的定位信息，而这3个信息都是从B发送来的。在不同的时刻，得出不同的盲节点坐标，致使定位系统失效。

在定位系统失效之后，继续对其进行研究：在节点与节点的通信过程中，加入加密算法，定位节点先把自身的位置信息用密钥转换成密文，再把密文发送出去，盲节点收到这些密文信息后，用密钥转换成原始的位置信息，然后再用这些信息进行自身位置的计算，得出自身的位置坐标。