[发明专利]一种抗攻击的可靠无线传感器网络节点定位方法

摘要

本发明属于计算机网络安全技术领域，涉及一种抗攻击的可靠无线传感器网络节点定位方法。一般定位方法中需要定位的节点容易受到恶意节点攻击而影响其定位效果。本发明提出了一种可以同时抵御女巫攻击和虫洞攻击的可靠定位方法。本方法包括信标节点估算与其它信标节点之间的最少跳数；信标节点估算节点间的平均每跳距离；节点间协作检测网络中的攻击节点；未知节点估算自身坐标。与现有技术相比，本发明提高了无线传感器节点在定位过程中的抗攻击性，减小了在有恶意节点环境下的定位误差；并且充分考虑无线传感器节点能量有限的特点，在定位方法中尽量减少了节点的通信成本和计算代价。

主权项

1.一种抗攻击的可靠无线传感器网络节点定位方法，通过认证机制和检测机制来提高定位系统的可靠性，其特征是在以下前提条件下进行的：a.所有合法节点拥有一个全局对称密钥；b.网络中每个节点都有唯一的ID号来区分身份；c.每个信标节点ID号对应的哈希值H(ID)对网络中所有节点是公开的；d.网络中的所有节点具有同步时钟；本发明中的可靠定位方法的步骤如下：步骤1：信标节点估算与其它信标节点之间的最少跳数；这一阶段引入对称密钥加密体制；网络初始化阶段为每个合法的节点分配一个全局对称密钥K，这一阶段的具体步骤描述如下：步骤1.1：信标节点i将消息{ID_i||(x_i，y_i)||hop-count||t_s}_K广播出去，ID_i表示信标节点i的ID号，(x_i，y_i)表示信标节点i的二位坐标，hop-count表示该消息经过的节点跳数，hop-count初始值为0，t_s表示该消息发出的时刻，{}_K表示将括号内的信息用密钥K进行加密；步骤1.2：任一合法节点收到信标节点i发出的消息，用对称密钥K解密后得到消息的明文，将自身的ID写入消息，将跳数加1并将该消息继续广播；步骤2：信标节点估算节点间的平均每跳距离；这一阶段的具体步骤描述如下：按照公式i≠j，计算信标节点i与周围信标节点之间的平均跳距，其中c_i表示信标节点i与其他信标节点之间的平均跳距，h_i表示信标节点i到其它信标节点的跳数，(x_i，y_i)表示信标节点i的坐标，(x_j，y_j)表示能与i建立通信的信标节点的坐标；步骤3：节点间协作检测网络中的攻击节点；这一阶段提出了具有认证机制和检测机制的定位方案，这一阶段的具体步骤描述如下：步骤3.1：当信标节点p得到平均跳距后，向周围节点广播信息：{ID_p||(x_p，y_p)||c_p||t_s||H(ID_p||(x_p，y_p)||c_p||H(ID_p)||t_s)}；该信息包括了节点p的身份ID、坐标、平均跳距以及相应的哈希值，其中ID_p表示信标节点p的ID号，(x_p，y_p)表示信标节点p的坐标，c_p表示信标节点p与周围信标节点之间的平均跳距，H()表示对括号内的信息进行哈希运算，t_s表示该消息发出的时刻；步骤3.2：未知节点q结合收到的信息重新计算H(ID_p||(x_p，y_p)||c_p||H(ID_p)||t_s)，与信息包中对应的哈希值进行比较；如果一致，则说明收到的信标位置及平均跳距是可信的，未知节点q则根据步骤1中得到的与信标节点p之间的跳数，按照公式L_qp＝c_q·h_qp估算出它们之间的距离，其中c_q表示未知节点q接收到的平均跳距，h_qp表示它与信标节点p之间的最少跳数；如果不一致，则将该信息包抛弃，并将发出信息的节点判定为女巫攻击节点发出警报；步骤3.3：信标节点将步骤2中得到的平均跳距c与节点的通信半径R进行比较，如果c＞R，则说明存在虫洞攻击；发现存在攻击后，用公式d＝v·Δt计算每个节点之间的距离与节点通信半径R进行比较，从而确定路径中究竟哪两个节点为攻击节点；其中d表示节点间信号传输的实际距离，v表示信号在空气中的传播速度，Δt表示信号在空气中传播的时间，Δt＝t_r-t_s，其中t_r表示接收到该消息的时刻，t_s表示该消息发出的时刻；路径中每个节点在收到路由中前一个节点发来的信息后都检查该节点是否将自身信息写入信息中，如果没有如实登记，则认为前一节点为虫洞攻击节点并发出警报；步骤4：未知节点利用极大似然估计法来计算自身的坐标。