The invention discloses a data transmission security protection method based on perturbation compressed sensing in wireless sensor networks, and uses a method based on perturbation compressed sensing and data authentication to protect the privacy data of users transmitted by sensors to gateways in WSN. Compression sensing based on random perturbation can reduce the amount of data transmission, reduce energy consumption and improve resource utilization, at the same time, it can achieve the purpose of hiding the original data and its distribution characteristics to prevent eavesdropping; at the same time, it combines data authentication method based on data characteristics to prevent the privacy data from being tampered with or put into false data by malicious users. The invention combines disturbance compressed sensing and data authentication to greatly improve the security and reliability of data transmission, while reducing resource consumption and improving network life.
【技术实现步骤摘要】
无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法
本专利技术属于无线传感器网络领域,具体涉及一种基于扰动压缩感知(CS)的数据传输安全防护机制。
技术介绍
与传统的有线、无线网络相比,无线传感器网(WSN)存在着严重的安全隐患,例如传感器到网关没有使用有效的数据可靠性认证、通信链路的篡改或者监听等攻击方式,都可导致数据遭到劫持篡改、敏感信息泄露等。因此无线传感器网中的数据传输安全防护技术具有重要研究意义。由于传感器部署密集、节点资源有限(通信资源、计算资源、存储资源等),这些特性使得传统的数据安全防护技术无法直接移植到无线传感器网中去。因此针对无线传感器资源受限的特性,研究低功耗、低计算量、低存储量的轻量型数据防护技术是现在研究的重点。压缩感知(CS)能够将原始数据实现稀疏采样,极大的降低传输数据的维度,还能够保证重构数据的质量。由于在无线信道上传输的数据不是原始数据,则窃听者在获得压缩数据后解析原始数据所需要的计算量是巨大的,甚至是不可能的。因此,CS提供类似加密形式的安全保证。由于这些优点,CS是在资源有限的无线传感器上同时实现数据压缩和加密的双重功能的有希望的方法。初期阶段,从理论上研究CS的安全性能,证明了CS在应对暴力攻击和结构化攻击时有极高的抵御能力,能够很好的对隐私数据进行保护。随后一些工作研究基于压缩感知设计在不同的应用场景下的加密算法,例如研究在众包(crowdsensing)机制下利用压缩感知技术对用户位置等隐私信息进行保护,防止因隐私信息泄露而造成的重大问题。但这些工作没有考虑到压缩之后的数据的统计特征跟原始数据具有一定的关系, ...
【技术保护点】
1.一种无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法,其特征在于:对原始数据进行扰动,隐藏原始数据的分布特性,之后对数据进行压缩感知,将数据转换为其在感测矩阵上的投影称之为观测数据,降低数据的维度;在传感器发送观测数据之前,通过数据认证函数,根据传感器节点ID和原始数据的稀疏性产生经过哈希处理产生认证信息,和观测数据、传感器ID一起传输至网关,网关在接收到传来的数据之后,首先对接收到的数据附带的认证信息进行认证计算,若数据通过认证,则认为接收到的数据正常,根据接收到的数据进行重构得到扰动的原始数据,对扰动的原始数据去除扰动数据之后将得到传感器采集到的原始数据;若认证不通过,将丢弃接收到的数据。
【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法,其特征在于:对原始数据进行扰动,隐藏原始数据的分布特性,之后对数据进行压缩感知,将数据转换为其在感测矩阵上的投影称之为观测数据,降低数据的维度;在传感器发送观测数据之前,通过数据认证函数,根据传感器节点ID和原始数据的稀疏性产生经过哈希处理产生认证信息,和观测数据、传感器ID一起传输至网关,网关在接收到传来的数据之后,首先对接收到的数据附带的认证信息进行认证计算,若数据通过认证,则认为接收到的数据正常,根据接收到的数据进行重构得到扰动的原始数据,对扰动的原始数据去除扰动数据之后将得到传感器采集到的原始数据;若认证不通过,将丢弃接收到的数据。2.根据权利要求1所述无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法,其特征在于:对原始数据进行扰动的方法:将扰动数据pn×1作用于原始数据上,隐藏原始数据的特征分布,使得压缩的数据和原始数据产生很大的变化,并将扰动之后的数据进行压缩感知,形式化为:zn×1=xn×1+pn×1y'm×1=Φm×nzn×1其中,zn×1表示扰动之后的数据,xn×1表示原始数据,扰动信号pn×1与原始数据相同维度且相同稀疏度但分布不同,y'm×1表示为观测数据,表示原始数据经过随机扰动之后在感测矩阵上的投影,Φm×n表示感测矩阵。3.根据权利要求2所述无线传感器网络中基于扰动压缩感知的数据传输安全防护方法,其特征在于:所述扰动数据pn×1产生的方法:扰动信号pn×1与原始数据相同维度且相同稀疏度但分布不同,令p=Ψsp,其中,p表示扰动信号,Ψ表示稀疏基矩阵,sp表示稀疏信号,sp只包含很少的非零元素,且非零元素是与原始信号稀疏度相关的系数;为了简化,下面仅就sp中只有一个非零元进行描述,令k为s=Ψ-1x中非零元个数,称之为稀疏度,其中Ψ为压缩感知中的稀疏基矩阵;典型的压缩感知通常取m值约为4k~5k,为表述简单,设置m=5k,令sp中的非零元素为e,扰动机制设置一种哈希函数f使得e=f(m)=f(5k)。...
【专利技术属性】
技术研发人员:袁晓明,郝洁,曹依然,孙泽极,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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