公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置隱私保護(hù)方法研究

袁浩　毛穎穎

摘 要： 公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中用戶隱私信息的泄露成為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的安全隱患，因此隱私保護(hù)是網(wǎng)絡(luò)信息安全研究的重點(diǎn)課題之一。提出運(yùn)用改進(jìn)蟻群算法保護(hù)公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置信息。利用蟻群最優(yōu)理論給出內(nèi)在路由探索方法，通過信息素局部更新控制信息素的揮發(fā)情況，使數(shù)據(jù)包在不同節(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)蟻群理論中數(shù)據(jù)隨機(jī)傳輸?shù)奶匦?，使攻擊方無法獲取已捕獲數(shù)據(jù)包的來源節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點(diǎn)位置隱私保護(hù)的目的；對(duì)于匯聚節(jié)點(diǎn)位置隱私問題，提出了動(dòng)態(tài)路由協(xié)議理論，根據(jù)SA?DRP路由協(xié)議，以不同概率向安全區(qū)域及非安全區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)包，且須保證以上兩個(gè)區(qū)域接收真實(shí)包等同于虛假包，并使匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)虛假包的方式保護(hù)該節(jié)點(diǎn)位置隱私。實(shí)驗(yàn)證明，利用文中方法可以有效保護(hù)公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置。

關(guān)鍵詞： 公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)； 節(jié)點(diǎn)位置； 隱私保護(hù)； 無線傳感網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)： TN711?34； TP178 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）16?0035?03

Abstract： The leakage of users′ privacy information in public mobile network becomes a security risk of wireless sensor network， so privacy protection is one of the key issues in network information security research， and the improved ant colony algorithm is proposed to protect node location information in public mobile network. The ant colony optimization theory is used for the internal routing exploring approach. The pheromone volatilization is controlled by pheromone local update， so that the packet data transmission between different nodes is realized and the attacker cannot get the source nodes of its captured data packet according to the characteristics of data transmission in random ant colony theory， so as to achieve the purpose of privacy protection of the network source node location； as for the sink node location privacy problem， a dynamic routing protocol theory is proposed， with which data packets are sent to the safety and non?safety areas in different probability according to the SA?DRP routing protocol. In this process， the above two areas must be ensured to receive the real package equivalent to false packets， and the false packets must be transmitted by the sink nodes to protect these nodes′ location privacy. The experiment results show that the proposed method can effectively protect the node location of public mobile network.

Keywords： public mobile network； node location； privacy protection； wireless sensor network

0 引 言

飛速發(fā)展的信息時(shí)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)代人獲知信息的方式也越來越多，一些新技術(shù)、新理念也在不斷發(fā)展，無線傳感網(wǎng)（WSN）就是其中一項(xiàng)代表性技術(shù)，并已經(jīng)融入人們?nèi)粘Ｉ钪衃1]。WSN使各種事物通過感知設(shè)備緊密地聯(lián)系在一起，然后利用網(wǎng)絡(luò)中的信息交換與信息傳輸使人們可以更客觀、深入地了解世界。對(duì)于公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)而言，無線傳感網(wǎng)至關(guān)重要，海量感知信息通過計(jì)算機(jī)處理以及數(shù)據(jù)挖掘轉(zhuǎn)化成有價(jià)值信息，指導(dǎo)人們的生產(chǎn)和生活[2?3]。文獻(xiàn)[4]提到通過各個(gè)領(lǐng)域和WSN技術(shù)結(jié)合，開發(fā)及應(yīng)用許多新事物與新思想，并潛移默化地改變著人們的生活方式，這充分說明了其本身具有極大的開發(fā)潛質(zhì)。WSN通過頻繁的信息交換，讓人們對(duì)身邊事物了解的更加透徹[5?6]。文獻(xiàn)[7]指出通常WSN在開放的公共環(huán)境中布置較多，這也使得攻擊手更容易攻擊和破壞感知設(shè)備，若感知設(shè)備被攻擊手捕獲，然后發(fā)布惡意信息，就會(huì)威脅到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。此外，通過跟蹤嵌入感知設(shè)備，攻擊手能夠獲得目標(biāo)物體的準(zhǔn)確位置，使用戶個(gè)人敏感信息外泄。因此，必須結(jié)合最新理論和技術(shù)加強(qiáng)WSN隱私保護(hù)能力，保護(hù)WSN中隱私信息與節(jié)點(diǎn)安全。

網(wǎng)絡(luò)信息安全的重要性毋庸置疑，于是文中提出利用改進(jìn)蟻群算法使公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置隱私信息獲得保護(hù)的方法。

1 公共網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置隱私保護(hù)endprint

1.1 基于改進(jìn)蟻群算法的源節(jié)點(diǎn)位置保護(hù)策略

在WSN中，增加網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間的一個(gè)重要方式就是減少能耗，通過模擬螞蟻行為使蟻群可以找出源節(jié)點(diǎn)和基站之間的最短路徑，然后平均分配所有節(jié)點(diǎn)信息素概率。

螞蟻[k]嘗試在網(wǎng)絡(luò)中找出能量消耗最小路徑，由[s]節(jié)點(diǎn)出發(fā)，通過鄰居節(jié)點(diǎn)[ri]，最終到達(dá)[d]。螞蟻出發(fā)時(shí)間不限，基站節(jié)點(diǎn)接收傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，節(jié)點(diǎn)選擇下一個(gè)接收者[r]的概率為：

1.2 基于安全區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)保護(hù)策略

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)位置隱私的保護(hù)，提出以安全區(qū)域動(dòng)態(tài)路由理論為基礎(chǔ)，利用在非安全區(qū)域和安全區(qū)域概率性發(fā)送包以及匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)虛假包方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)位置隱私安全的保護(hù)。文中設(shè)定向安全區(qū)域發(fā)送包的概率為[Ps]，產(chǎn)生虛假包概率為[Pf]，虛假包存在時(shí)間設(shè)置為[Tf]，以上三個(gè)變量表示路由協(xié)議自定義參數(shù)，需根據(jù)具體情況獲取合適參數(shù)值。

使更多數(shù)據(jù)包靠近匯聚節(jié)點(diǎn)位置是多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的大體趨勢(shì)，須使各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的概率相近，通過利用SA?DRP路由理論調(diào)控發(fā)包概率來實(shí)現(xiàn)調(diào)控。非安全區(qū)域內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)用[Nns]表示，安全區(qū)域內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)用[Ns]表示，設(shè)定[ω=NnsNs]為兩個(gè)區(qū)域節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)比值，則在非安全區(qū)域的某一節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的概率是[Rns=PnsNns]；在安全區(qū)域里的某個(gè)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的概率是[Rs=PsNs]，則上述區(qū)域概率比值是[R0=RnsRs=1-PsPsω]。其與[Rs]，[Rns]的關(guān)系函數(shù)可以通過參數(shù)[Ps，Pf，Tf]建立，即：

通過上述步驟，若源節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到距離匯聚節(jié)點(diǎn)在安全半徑內(nèi)，則以概率[Pf]產(chǎn)生虛假包，并以概率[Rns]發(fā)送虛假包到距離匯聚點(diǎn)較近的非安全區(qū)域，以此形成一個(gè)環(huán)形安全區(qū)域保護(hù)匯聚節(jié)點(diǎn)位置隱私信息。

2 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證文中提出的改進(jìn)蟻群理論對(duì)公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置隱私信息保護(hù)方法是否有效，主要通過三個(gè)方面檢驗(yàn)?，F(xiàn)對(duì)公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點(diǎn)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)能耗進(jìn)行比較，運(yùn)用文中的SA?DRP路由協(xié)議理論及幻影路由理論分別對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)位置隱私保護(hù)措施，同時(shí)觀察在實(shí)現(xiàn)位置隱私保護(hù)過程中兩種方法的網(wǎng)絡(luò)能耗曲線，具體如圖1所示。

在公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中由于源節(jié)點(diǎn)不斷向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，勢(shì)必會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生耗能現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的幻影路由理論在傳輸數(shù)據(jù)不斷發(fā)包的過程中，導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)的匯聚節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻塞，同時(shí)增加攻擊方追蹤真實(shí)數(shù)據(jù)包的可能性，不能有效地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置隱私信息。

通過圖1能夠明顯看出，幻影路由協(xié)議在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)所耗能量要明顯低于SA?DRP路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)能耗，由于能耗過高會(huì)造成攻擊方從數(shù)據(jù)傳輸能量方面成功追蹤真實(shí)數(shù)據(jù)包，因此文中的SA?DRP路由協(xié)議在保護(hù)節(jié)點(diǎn)位置隱私信息方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié) 論

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)給人們帶來便利的同時(shí)也存在隱私信息泄露的問題，為了更好地保護(hù)信息安全，文中提出對(duì)公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)，從而加強(qiáng)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全使用。

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