物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題研究

王薈珺

摘要：物聯(lián)網(wǎng)是信息化時(shí)代的重要代表，也是新型信息技術(shù)的重要內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，就是將物與物緊密相連的一種互聯(lián)網(wǎng)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)是很關(guān)鍵的內(nèi)容。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作環(huán)境通常十分復(fù)雜、苛刻，稍不留神就會(huì)導(dǎo)致傳感器網(wǎng)路面臨許多安全隱患。這就需要加強(qiáng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全。因此，開展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性研究，增強(qiáng)防范很有必要。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；安全

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）06-0031-03

1 背景

目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)的支持下得到迅速發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以隨時(shí)為人們傳遞所需信息，擺脫時(shí)間與空間的束縛。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍十分廣泛，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署環(huán)境通常十分惡劣，因此，有必要研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性，方可減少安全威脅與網(wǎng)絡(luò)攻擊。

2 物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)的支持下，物聯(lián)網(wǎng)可借助多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息資源共享。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最大的特征是感知，主要的工具是傳感器。利用傳感器可以有效感知外部環(huán)境，再借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行傳輸，方滿足用戶需求。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性必須要得到重視，因?yàn)橹С制溥\(yùn)行的是技術(shù)含量頗高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配備，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，后果不堪設(shè)想。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們能夠?qū)崿F(xiàn)迅速交流同樣與其密切相關(guān)。

3 提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的必要性

物聯(lián)網(wǎng)是一種新型產(chǎn)業(yè)，廣泛用于網(wǎng)絡(luò)融合之中?？梢詫o(wú)線網(wǎng)視作互聯(lián)網(wǎng)功能的延伸，又可以將物聯(lián)網(wǎng)作為一種重要的應(yīng)用。支持物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)就是傳感網(wǎng)技術(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的搜集與處理，再為用戶提供所需內(nèi)容[1]。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)有其固定的監(jiān)測(cè)區(qū)域，主要是利用多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作。傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的融合是傳感器行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，進(jìn)一步擴(kuò)大傳感器的應(yīng)用范圍。在這種情況下，就需要進(jìn)一步提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性。盡管傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的高效搜集與處理，但是其無(wú)線通信信道的安全性卻有待進(jìn)一步提高，防御措施不到位，致使網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)面臨許多安全威脅與惡意攻擊。傳感器節(jié)點(diǎn)的工作環(huán)境十分惡劣，加之對(duì)各節(jié)點(diǎn)缺乏有效保護(hù)，就可以給各路攻擊者以可乘之機(jī)，只需采取有效手段即可手機(jī)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，并對(duì)信息進(jìn)行篡改。由此可見，提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器的安全很有必要。

4 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分析

4.1 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

為了保證網(wǎng)絡(luò)通信正常進(jìn)行，就要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的各項(xiàng)要求，合理控制網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議不完善，不統(tǒng)一，就會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，導(dǎo)致信息無(wú)法順利傳輸。因此，必須要明確網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，完善協(xié)議內(nèi)容，明確各項(xiàng)規(guī)定，為物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)行提供有效參考依據(jù)。首先，為了更好地傳輸各類信息，要完善TCP和IP協(xié)議[2]。第二，進(jìn)一步完善路由協(xié)議。第三，為了避免節(jié)點(diǎn)消耗，要加強(qiáng)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的高效利用，依據(jù)路由協(xié)議要求，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)處理時(shí)，要進(jìn)一步完善網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和路由協(xié)議規(guī)定內(nèi)容。由于數(shù)據(jù)處理工作至關(guān)重要，因此，必須要滿足無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的需求。

4.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?/p>

進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茣r(shí)，首先要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理布局，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)有序銜接，發(fā)揮出傳輸設(shè)備的作用。為了保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞暮侠硇?，就要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的實(shí)際情況，采取有效手段提高信息傳輸效率?？赏ㄟ^(guò)節(jié)點(diǎn)對(duì)線路中的冗余部分一一消除，最大程度保證傳輸質(zhì)量。保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜侠?，還要對(duì)其進(jìn)行有效控制，便于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。傳感器的節(jié)點(diǎn)可用對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，這樣就形成有層次感的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信息高效傳輸。

4.3 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

毫無(wú)疑問(wèn)，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，安全問(wèn)題必須要放在第一位。盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在不斷進(jìn)步，人們?cè)诮涣鲿r(shí)會(huì)變得更加方便，但卻很容易泄露隱私，或者出現(xiàn)信息被盜取的情況。這主要就是由于網(wǎng)絡(luò)安全不完善。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有相對(duì)完善的安全機(jī)制，這樣就可以保證信息在傳輸?shù)倪^(guò)程中能夠得到有效保護(hù)。同時(shí)，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)可以為信息傳輸架設(shè)“雙保險(xiǎn)”。此外，還有水印技術(shù)、消息認(rèn)證等多種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全保駕護(hù)航[3]。

4.4 網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，滿足用戶需求。網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)信息的交互特征，常見的技術(shù)是GPS。該技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)位置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，只不過(guò)，由于GPS涉及諸多問(wèn)題，其應(yīng)用范圍比較狹窄，更多是在專有的客戶端上發(fā)揮作用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，應(yīng)用成本低，可大大滿足用戶需求[4]。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是利用測(cè)距定位與非測(cè)距定位法鎖定目標(biāo)位置，不過(guò)，這兩種方式各有利弊。前者成本高，定位十分精確；后者成本低，定位精確度遠(yuǎn)遜于前者。

4.5 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)要借助先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的融合與控制。為了實(shí)現(xiàn)資源的有效配置，可利用節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)配置，為數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用提供多重保障。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景和控制對(duì)象的不同節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，最大程度提高數(shù)據(jù)傳輸效果，滿足用戶需求。由于節(jié)點(diǎn)的成本較低，因此，可直接利用節(jié)點(diǎn)融合數(shù)據(jù)，剔除無(wú)用信息，保證數(shù)據(jù)傳輸更加順利。

5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特征

物聯(lián)網(wǎng)之所以得到飛速發(fā)展，除了得益于互聯(lián)網(wǎng)的大力支持外，還離不開無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的作用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫對(duì)接，迅速適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的安全機(jī)制要求，不妨礙信息正常傳輸，并且，這一類網(wǎng)絡(luò)有自身的特點(diǎn)，從而保證物聯(lián)網(wǎng)具備更多功能。

5.1 節(jié)點(diǎn)能量不足

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)數(shù)量很多，分布范圍廣，加之體積小，成本低，面臨的環(huán)境比較復(fù)雜，在運(yùn)行的過(guò)程中，很容易出現(xiàn)各種問(wèn)題，或者因能量不足而直接報(bào)廢。支持節(jié)點(diǎn)工作的電池不能及時(shí)更換，也無(wú)法充電，如果節(jié)點(diǎn)電池大規(guī)模沒(méi)電，就意味著網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

5.2 新舊節(jié)點(diǎn)交替帶來(lái)多種變化

傳感器的節(jié)點(diǎn)會(huì)在特定的監(jiān)測(cè)區(qū)域中發(fā)揮作用。這些景點(diǎn)大多分布得較為密集，數(shù)量極大，只為獲得更加精準(zhǔn)的信息，從而滿足用戶的需求。由于節(jié)點(diǎn)的能量有限，成本低廉，在原有的節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)之上，會(huì)不斷添加新的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)舊的節(jié)點(diǎn)報(bào)廢后，雖然新的節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)揮作用，但還是會(huì)改變無(wú)線通信鏈路寬帶，影響信息傳輸?shù)耐〞承?，從而?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化[5]。

5.3 任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器利主要是利用感知功能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和處理，通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的一系列處理，融入先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)提高信息傳輸?shù)耐〞承?。無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)的布置與開展與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的預(yù)設(shè)有直接關(guān)系，節(jié)點(diǎn)的能夠利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與分布式算法協(xié)調(diào)工作，保證網(wǎng)絡(luò)順利運(yùn)行。這充分體現(xiàn)出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)型特點(diǎn)。

5.4 利用無(wú)線信道實(shí)現(xiàn)通信

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信渠道離不開無(wú)線信道，因此，在布置節(jié)點(diǎn)時(shí)，一般會(huì)選擇開放程度比較強(qiáng)的區(qū)域中，從而進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性。

6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全要求

為了提高無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的安全性，就要了解其使用的意義和價(jià)值。由于大量節(jié)點(diǎn)部署在較差的環(huán)境下，因此，要提高安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)安全通信。傳統(tǒng)的安全技術(shù)已不能滿足現(xiàn)代無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，一是因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及多種資源，二是由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有其獨(dú)有的特點(diǎn)，以及對(duì)安全的特定要求。

6.1 完善的認(rèn)證機(jī)制

如果傳感器網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證機(jī)制不完善，就會(huì)給攻擊者以可乘之機(jī)，在不通過(guò)認(rèn)證的情況下攻擊網(wǎng)絡(luò)。因此，在網(wǎng)絡(luò)中要設(shè)置完善的認(rèn)證機(jī)制，保證發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)與通信節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)彼此通信。

6.2 健全的保密機(jī)制

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行信息傳輸?shù)倪^(guò)程中，需要加強(qiáng)通信的保密性，這樣才能保證數(shù)據(jù)不回被其他節(jié)點(diǎn)破解和讀取。要進(jìn)一步完善保密機(jī)制，保證消息以加密的方式發(fā)送到信道中，使信息可以得到完整傳輸，不會(huì)遭到泄露[6]。

6.3 可擴(kuò)展性

部署節(jié)點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的可擴(kuò)展性可以使節(jié)點(diǎn)部署數(shù)量不斷提高，從而進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。同時(shí)，在增加節(jié)點(diǎn)時(shí)，還不會(huì)增加通信開銷，保證網(wǎng)絡(luò)安全。

6.4 信息的完整性

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不僅要設(shè)置完善的認(rèn)證機(jī)制與保密機(jī)制，還要對(duì)數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行鑒別。通常會(huì)采用消息認(rèn)證碼的方式確認(rèn)信息的真實(shí)性。當(dāng)前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題主要體現(xiàn)在接收人員無(wú)法確定數(shù)據(jù)與信息是否正確，也無(wú)法斷定信息在傳輸過(guò)程中是否有惡意節(jié)點(diǎn)的攔截，導(dǎo)致信息被篡改。也就是說(shuō)，提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全不僅要防止攻擊者，還要對(duì)信息傳輸過(guò)程的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)完整，顯而易見，消息認(rèn)證碼是一種有效的檢驗(yàn)方式。

7 提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全建議

7.1 分析網(wǎng)絡(luò)安全功能，應(yīng)用加密技術(shù)

為了提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全，就要在滿足用戶需求的前提下，加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的維護(hù)。要明確無(wú)線傳感器的安全功能集，再對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的功能進(jìn)行分析，保證功能完善。要分析攻擊者的行為，了解其攻擊的手法，這樣就可以采取有效的對(duì)策。常見的攻擊方式是通過(guò)接收機(jī)竊聽無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)信息進(jìn)行盜取和篡改。因此，要采取道高一尺魔高一丈的方法加密無(wú)線傳感器，提高網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的安全，避免攻擊者竊聽、盜取信息，降低損失[7]。

將加密技術(shù)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合就能夠避免供給人員竊聽無(wú)線鏈路。數(shù)據(jù)鏈路中的內(nèi)容還可以阻止攻擊者篡改網(wǎng)絡(luò)信息。在網(wǎng)絡(luò)層中應(yīng)用加密技術(shù)，可以保護(hù)路由不會(huì)被篡改。除了加密技術(shù)之外，還有多種多樣的認(rèn)證技術(shù)與密鑰管理相結(jié)合，保證數(shù)據(jù)得到高效、完整傳輸，提高信息安全。在采用加密等技術(shù)時(shí)，要考慮到節(jié)點(diǎn)中的資源限制問(wèn)題，可采用輕量化計(jì)算方法。

7.2 提高路由安全，應(yīng)用認(rèn)證技術(shù)

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全中，需要進(jìn)一步提高路由安全。路由是網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)設(shè)備，工作人員要設(shè)置完善的路由協(xié)議，提高路由對(duì)各路攻擊的抵抗能力，進(jìn)一步保證網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行。設(shè)置安全路由時(shí)，要遵循完善的安全機(jī)制，比如廣播半徑限制、信任模型等。

除了路由安全之外，還要在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用先進(jìn)的認(rèn)證技術(shù)。目前，認(rèn)證技術(shù)主要包括兩種：第一種是信息認(rèn)證技術(shù)，該技術(shù)主要是確定信息源的身份、信息的完整性；避免信息源身份非法，或者信息在中間節(jié)點(diǎn)處被偽造和篡改；第二種是實(shí)體認(rèn)證技術(shù)，該技術(shù)主要是對(duì)路由進(jìn)行保護(hù)，提高路由安全，避免非法節(jié)點(diǎn)侵占路由，篡改信息。實(shí)體認(rèn)證主要包括直接確定法和間接確認(rèn)法。直接確認(rèn)主要是確定可信任節(jié)點(diǎn)后，直接將其添加即可；間接確認(rèn)主要是判斷其他節(jié)點(diǎn)確認(rèn)節(jié)點(diǎn)是否可信。在應(yīng)用認(rèn)證技術(shù)時(shí)，同樣需要采取輕量化算法。

8 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中起到非常重要的作用，需要高度重視這一網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用安全，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的安全傳輸與接收。目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還出于進(jìn)一步發(fā)展過(guò)程中，其安全性有待進(jìn)一步提升，該文通過(guò)分析物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題與措施，指出加密技術(shù)與認(rèn)證技術(shù)應(yīng)用的必要性，旨在規(guī)避攻擊者對(duì)網(wǎng)絡(luò)形成的攻擊行為與數(shù)據(jù)篡改行為，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 汪爍， 丁露. 物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀與需求分析[J]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化， 2018（21）： 69-73， 79.

[2] 薛國(guó)超. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究[J]. 智能建筑與智慧城市， 2018（9）： 71-72.

[3] 吳健. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安全管理中的應(yīng)用[J]. 信息系統(tǒng)工程， 2018（9）： 78.

[4] 徐拓. 面向物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J]. 時(shí)代農(nóng)機(jī)， 2018， 45（7）： 249.

[5] 顧鵬. 一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計(jì)[J]. 信息與電腦：理論版， 2018（12）： 3-6.

[6] 李剛. 船舶無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2018， 40（6）： 178-180.

[7] 易月娥. 面向物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2017， 24（4）： 118-121.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】