[发明专利]无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法，其特征在于：对原始数据进行扰动，之后对数据进行压缩感知，将数据转换为其在感测矩阵上的投影称之为观测数据；在传感器发送观测数据之前，通过数据认证函数，根据传感器节点ID和原始数据的稀疏度经过哈希处理产生认证信息，和观测数据、传感器ID一起传输至网关，网关在接收到传来的数据之后，首先对接收到的数据附带的认证信息进行认证计算，若数据通过认证，则认为接收到的数据正常，根据接收到的数据进行重构得到扰动的原始数据，对扰动的原始数据去除扰动数据之后将得到传感器采集到的原始数据；若认证不通过，将丢弃接收到的数据；

经过压缩感知之后，数据的稀疏度特征发生小范围变化，若该变化在一个可容忍的阈值ε之内，则认为变化是可以接受的，其中ε可根据数据失真情况进行确定，基于该特征产生数据认证信息，在传感器节点采集到一个压缩窗口的数据后，计算原始数据的稀疏度记为k，并结合节点ID产生认证信息A：

A＝hash(ID||k)

其中，令SHA-512作为哈希函数，

随后在原始数据经过扰动压缩感知之后，将认证信息A、扰动后的观测数据y′以及节点ID传输至网关；

在网关处，当收到传感器节点发送的数据之后，首先查看该数据中附带的节点ID是否已在网关处注册，若是没有注册过的ID，网关将丢弃该数据；若该节点ID已在网关处注册，则从观测数据y′中提取出稀疏度为k′，再根据节点ID使用和传感器节点中相同的哈希函数计算B：

B＝hash(ID||k′)

若得到的值B和接收到的A的值相同，则认为数据在传输过程中没有遭到篡改或伪造；否则，认为数据遭到了破坏，丢弃该数据。

2.根据权利要求1所述无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法，其特征在于：对原始数据进行扰动的方法：将扰动数据p_n×1作用于原始数据上，隐藏原始数据的特征分布，使得压缩的数据和原始数据产生很大的变化，并将扰动之后的数据进行压缩感知，形式化为：

z_n×1＝x_n×1+p_n×1

y′_m×1＝Φ_m×nz_n×1

其中，z_n×1表示扰动之后的数据，x_n×1表示原始数据，扰动数据p_n×1与原始数据相同维度且相同稀疏度但分布不同，y′_m×1表示为观测数据，表示原始数据经过随机扰动之后在感测矩阵上的投影，Φ_m×n表示感测矩阵。

3.根据权利要求2所述无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法，其特征在于：所述扰动数据p_n×1产生的方法：扰动数据p_n×1与原始数据相同维度且相同稀疏度但分布不同，令p＝Ψs_p，其中，p表示扰动数据，Ψ表示稀疏基矩阵，s_p表示稀疏信号，s_p只包含很少的非零元素，且非零元素是与原始信号稀疏度相关的系数；为了简化，下面仅就s_p中只有一个非零元进行描述，令k为s＝Ψ^-1x中非零元个数，称之为稀疏度，其中Ψ为压缩感知中的稀疏基矩阵；典型的压缩感知通常取m值约为4k～5k，为表述简单，设置m＝5k，令s_p中的非零元素为e，扰动机制设置一种哈希函数f使得e＝f(m)＝f(5k)。

4.根据权利要求3所述无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法，其特征在于：窃听者根据观测数据y′猜测的均值和方差分别为和δ_z。