[发明专利]一种无线传感器网络隐私保护Top-k查询的处理方法

说明书

本发明提供一种无线传感器网络隐私保护Top‑k查询的处理方法，该方法首先利用感知节点生成节点内最大值并上传至Sink；Sink再根据节点内最大值生成最小候选感知节点集广播至相应的感知节点；然后感知节点计算出最小候选密文数据集并上传至Sink；Sink利用与感知节点共享的密钥解密该密文数据集，最终完成Top‑k查询结果的计算并返回给用户。本发明的协议体现出节点间相互协作完成Top‑k查询，保证了在查询的过程中感知节点的数据不被外部窃取，同时也保证了感知节点间无法相互获取对方的感知数据，易于实现；更好地加强了数据的隐私安全性；在进行Top‑k查询时，该方法具有较低的通信代价，有利于节约网络资源。

技术领域

本发明属于无线传感器网络安全技术领域，具体涉及一种无线传感器网络隐私保护Top-k查询的处理方法。

背景技术

无线传感器网络是由所检测区域的移动或固定的传感器节点、Sink(基站节点)等组成，其网络体系结构如图1所示。在监测区域中用大量的传感器节点来监测目标周边环境的数据。Sink将用户发布的查询传播到网络中，网络中的数据根据Sink广播的查询指令通过传感器节点之间通过单跳或多跳的方式传输，进一步传递给基站节点，再通过基站节点进行简单的处理，最终成为用户所需要的目标环境数据信息。

无线传感器网络拥有着独特的传输方式、便捷的基础设施部署等优点，近年来被各种传输领域所关注。比如说军事国防领域、生态监控领域、城市生活领域、智能医疗领域等等。但是，我们将无线传感网络大规模应用到这些领域中，通常会凸显出一些问题，如一些重要的隐私信息被恶意攻击等。比方说，在野生动物监测应用中，珍稀物种的位置信息可能被用于非法狩猎；在医疗应用领域，患者的健康状况信息可能被用于患者病情隐私的恶意窥探；而在日常生活中，家庭水电的使用信息可能被用于盗窃作案等。对于上述的实际情况，我们提出一种具有隐私保护能力的传感器网络Top-k数据查询的处理方法。

发明内容

发明目的：本发明提供一种无线传感器网络隐私保护Top-k查询的处理方法，能够保护感知数据和最终的查询结果的安全，并且具有较低的通信代价。

技术方案：本发明所述的一种无线传感器网络隐私保护Top-k查询的处理方法，包括如下步骤：

(1)用户发送Top-k查询指令(t,Г,k)至Sink，并对候选结果集CR进行初始化，即然后等待感知节点的第一轮反馈消息；其中t是Top-k查询的时间周期，Г表示所要查询区域内传感器节点的集合，k则是查询结束返回的最大或最小的数据项数；

(2)当各个感知节点接收到Sink的查询指令，启动第一轮查询响应：各个感知节点判断自身是否在查询区域Г内，若不在，则退出本次查询处理过程；否则，该感知节点即为查询目标节点，然后利用密钥构造出第一轮反馈消息发送给Sink；

(3)Sink根据第一轮反馈消息利用与感知节点共享的密钥解密，获取前k个候选感知节点序列并将每个节点的节点内最大值加入CR，同时将候选感知节点序列广播至感知节点，然后等待感知节点的第二轮反馈消息；

(4)当感知节点处于Sink发来的候选感知节点序列时，启动第二轮查询响应：构造出最小候选密文数据集，形成第二轮反馈消息发送给Sink；

(5)当Sink接收到候选感知节点序列中节点的第二轮反馈消息后，利用与感知节点共享的密钥解密得到明文数据，将其加入CR；此时，CR中最大的k个数据即为最终的查询结果。

所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)获取在时间t内采集到的N个数据，设d_i,1d_i,2…d_i,N；

(22)利用密钥g_i对d_i,1加密，生成密文Enc(d_i,1,g_i)，发送如下第一轮反馈消息至Sink：