無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

尤瑞楠

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種相對較新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能在許多方面發(fā)揮出自己的獨(dú)特作用，但因?yàn)閷夹g(shù)基礎(chǔ)的要求非常高，所以長期以來其應(yīng)用領(lǐng)域一直被局限在軍事上。近些年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展，在多個民用領(lǐng)域也得到了一定的普及。文章以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念特征和應(yīng)用特征為基礎(chǔ)，分析了該網(wǎng)絡(luò)在安全技術(shù)方面的常見問題，并提出了目前主要的5種安全防護(hù)措施，希望有助于相關(guān)研究運(yùn)用的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；安全技術(shù)；技術(shù)應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的民用化進(jìn)程近些年來顯著加快，其應(yīng)用安全問題也越來越為人們所關(guān)注。但從現(xiàn)狀來看，相關(guān)安全技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用并不理想，以目前對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較多的醫(yī)療領(lǐng)域?yàn)槔?，網(wǎng)絡(luò)滯澀現(xiàn)象非常嚴(yán)重，物理損壞率很高，實(shí)際運(yùn)作的可用網(wǎng)絡(luò)空間與節(jié)點(diǎn)往往不足50%，安全問題導(dǎo)致了應(yīng)用能效的極大下降。因此文章將針對這種特殊網(wǎng)絡(luò)的常見安全技術(shù)問題加以分析并探析其安全技術(shù)的發(fā)展方向。

1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種以大量的外部傳感器作為末梢的分布傳感網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器可以以無線的方式進(jìn)行外部通信。由于網(wǎng)絡(luò)靈活性非常高，而且三次元涵蓋面極廣，所以被認(rèn)為在軍事上有很大的發(fā)展?jié)摿Γ┠陙砀M(jìn)一步進(jìn)行了大量的民用應(yīng)用研究。但民間的技術(shù)力畢竟與軍方有一定的差距，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用推廣面臨了一系列的困難，安全技術(shù)問題正是其中一例。

2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在安全上的技術(shù)問題

2.1安全機(jī)制缺失問題

雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)近些年的民用發(fā)展很快，但從總體水平來看仍遠(yuǎn)不及普通網(wǎng)絡(luò)，在諸多方面都存在著一定的局限性，比如后文將要說明的節(jié)點(diǎn)能量、通信穩(wěn)定性等。在這種情況下，很難系統(tǒng)性地構(gòu)建完整的安全防護(hù)機(jī)制，因此目前的安全措施大多是分散的、階段性的，只針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的個別節(jié)點(diǎn)，所以不僅漏洞很多，而且有效性也難以保障，安全隱患擴(kuò)散的幾率相當(dāng)高。

2.2節(jié)點(diǎn)能量限制問題

無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常具有小型化、廣域化特征，所以一旦部署完畢，不僅難以更換，而且充電也很困難?？闪硪环矫?，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中有相當(dāng)一部分屬于高能耗設(shè)備，對能量的需求量非常大，這樣一來容量小、充電困難的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)很難滿足長效的能量需求。這種能量限制不僅會阻礙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊功能的進(jìn)一步發(fā)展，而且會對安全技術(shù)的應(yīng)用造成一定的負(fù)面影響。因?yàn)槟壳俺Ｓ玫陌踩惴ㄖ校邢喈?dāng)一部分會消耗大量的能量，在節(jié)點(diǎn)能量的限制下，這些安全算法無法使用，需要研究新的節(jié)能型安全算法。

2.3節(jié)點(diǎn)組織隨機(jī)問題

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成基礎(chǔ)是大量成規(guī)模的傳感器，這些傳感器的布置往往存在很強(qiáng)的自發(fā)性，而不是根據(jù)系統(tǒng)化、規(guī)范化的章程制度加以布置，在這種情況下，節(jié)點(diǎn)組織在布置上的隨機(jī)性無法避免。這種隨機(jī)性令安全技術(shù)在應(yīng)用上面臨很大的困難，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)位置隨機(jī)，所以無法進(jìn)行先期預(yù)知，先期安全防護(hù)自然無法實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致了節(jié)點(diǎn)安全防護(hù)的滯后性。

2.4節(jié)點(diǎn)物理安全問題

由于節(jié)點(diǎn)較小，所以在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時常會產(chǎn)生被俘節(jié)點(diǎn)，這是一種物理安全問題。為了保證網(wǎng)絡(luò)整體的運(yùn)作效率，當(dāng)被俘節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生時，有必要迅速對其進(jìn)行檢測和拆除，否則被俘節(jié)點(diǎn)造成的安全隱患有進(jìn)一步擴(kuò)大化的可能。但目前來看，我們?nèi)匀狈Φ谝粫r間發(fā)現(xiàn)和拆除被俘節(jié)點(diǎn)的有效手段，而且拆除被俘節(jié)點(diǎn)這個行為本身也有可能令安全隱患發(fā)生擴(kuò)散。

2.5通信穩(wěn)定低下問題

使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的通信屬于一種無線通信，所以本身就具有無線通信固有的諸多通信不穩(wěn)定特征，比如無線信道不穩(wěn)、節(jié)點(diǎn)并發(fā)沖突等。此外，這種特殊的網(wǎng)絡(luò)還具有自身獨(dú)有的一些通信穩(wěn)定性問題，例如，由于該類網(wǎng)絡(luò)中多條路由同時存在，所以延遲性很強(qiáng)，在傳輸信息時，個別信息被攔截或者泄漏的可能性很高，在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)通信的安全性與穩(wěn)定性都受到很大的負(fù)面影響。

3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在安全上的技術(shù)措施

3.1通過密碼技術(shù)保障網(wǎng)絡(luò)安全

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全保障措施中，密碼技術(shù)是較為傳統(tǒng)也較為常規(guī)的一種。這種技術(shù)通過建立密鑰來構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，通常情況下代碼和數(shù)據(jù)的長度越長，防護(hù)等級越高，但這兩項(xiàng)參數(shù)的長度增加會導(dǎo)致處理時間延長、能耗增大，進(jìn)而令無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作能效降低，所以在實(shí)際應(yīng)用時要注意網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)條件，平衡安全防護(hù)能力和實(shí)際應(yīng)用性。

3.2通過安全路由保障網(wǎng)絡(luò)安全

通常情況下，路由只追求效率和能耗兩大指標(biāo)，對安全防護(hù)方面的要求比較低，在普通網(wǎng)絡(luò)中，路由安全問題相對較少，但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于具有多路由延遲，所以路由安全風(fēng)險非常高。為此，安全路由技術(shù)被作為一種網(wǎng)絡(luò)安全保障措施引入，具體來說，就是應(yīng)用多種安全路由協(xié)議對多路徑下的路由風(fēng)險進(jìn)行防范或者危害限制。

3.3通過密鑰管理保障網(wǎng)絡(luò)安全

密鑰管理是另一種網(wǎng)絡(luò)安全保障技術(shù)，嚴(yán)格來說，這種安全技術(shù)是從屬于密碼技術(shù)的，是對密碼技術(shù)中所創(chuàng)立的密鑰采取的安全管理措施。需要注意的是，雖然普通網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有了較為完善的密鑰管理技術(shù)，但是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋰?yán)重不穩(wěn)定的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，這種傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用適性很低，所以目前使用的大多是針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特征開發(fā)的特殊密鑰管理技術(shù)，比如預(yù)共享密鑰模型等。

3.4通過入侵檢測保障網(wǎng)絡(luò)安全

以密碼技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的安全防護(hù)機(jī)制有一定的缺陷，具體來說，雖然可以對外來節(jié)點(diǎn)入侵加以識別，但對被捕獲節(jié)點(diǎn)的入侵識別是做不到的。為此，相關(guān)人士研究了入侵監(jiān)測技術(shù)，嘗試通過SEF機(jī)制來識別網(wǎng)絡(luò)中的虛假數(shù)據(jù)，用鄰接節(jié)點(diǎn)評價機(jī)制來識別惡意節(jié)點(diǎn)。這兩種入侵檢測技術(shù)可以通過密碼以外的技術(shù)進(jìn)行被俘節(jié)點(diǎn)的檢測，但相對的需要消耗更多的能量，所以在應(yīng)用上仍待完善。

3.5通過數(shù)據(jù)融合保障網(wǎng)絡(luò)安全

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)大多是融合后使用的，但由于聚合數(shù)據(jù)中有可能存在虛假數(shù)據(jù)，所以最終融合值的安全性難以保障，在這種情況下我們需要安全融合措施。具體來說，一方面要借助上文所述的入侵檢測技術(shù)分析和識別惡意節(jié)點(diǎn)，另一方面要訂立安全評估用的數(shù)學(xué)框架，以對數(shù)據(jù)融合過程進(jìn)行安全評價，規(guī)避惡意數(shù)據(jù)的干擾。

4結(jié)語

總體來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前的安全技術(shù)研究比較繁雜，各種技術(shù)理論和安全應(yīng)用策略層出不窮，這些安全技術(shù)的應(yīng)用適性和應(yīng)用條件各有差異，在實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況選擇適性最高的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用發(fā)展。需要注意的是，從目前的技術(shù)水平來看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件功能不夠完善，這是目前導(dǎo)致各項(xiàng)安全問題與應(yīng)用能效低下的最根本原因。文章所提出的諸多措施雖然能在現(xiàn)有技術(shù)層面上提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性，但能效依然是比較有限的，只要硬件功能不改善，各項(xiàng)安全隱患就依然存在。因此，盡快針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)出高強(qiáng)度、高容量、低能耗的網(wǎng)絡(luò)元件，才是提高網(wǎng)絡(luò)安全水平與運(yùn)作能效的根本性措施。