[发明专利]WSNs中基于两阶段选择策略的源节点位置隐私保护方法

说明书

本发明公开了一种WSNs中基于两阶段选择策略的源节点位置隐私保护方法。方法分为两个阶段：第一阶段，在源节点和sink节点形成的气泡区域中随机选择一个中间节点，源节点将消息传递给中间节点；第二阶段，中间节点选择合适的混淆环，经过环上的路由后通过最短路径法将消息传递给sink节点。本发明能够保证中间节点足够远离源节点，并且每次数据包从源节点到sink的路由都具有随机性，且多个混淆环的使用，使得在保护源节点的位置隐私的同时，还提高了网络的寿命。

技术领域

本发明属于无线传感器网络通信支持技术领域，具体涉及WSNs中一种基于两阶段选择策略的源节点位置隐私保护方法。

背景技术

无线传感器网络(WSNs)已经被应用到很多领域，例如：基础设施监测和信息收集等方面。其中，位置隐私成为人们关注的焦点，它提供的信息一方面给人们带来了方便，另一方面，位置隐私的泄露也带来了很大的风险。位置隐私的研究不仅要求给人们带来方便，更要考虑位置隐私不被不法分子所利用。所以，在恶意攻击的情况下，保护好位置的消息是位置隐私服务的关键问题所在。

无线传感器网络中的隐私包括两大类。其中一类是上下文隐私，它处理了源位置和 sink节点位置的隐私问题。源位置隐私是关于数据包在哪产生的位置信息的隐私。虽然，我们可以通过加密来处理源位置的隐私问题，但是依然无法保护好源的位置信息。虽然攻击者无法破解节点间的加密信息，但可以通过数据包追踪和流量分析从而判定猎物的位置，并一直追踪猎物的活动，对猎物实施涉猎等手段。这说明了保护源位置隐私的重要性。

针对源位置隐私的保护问题，已经有很多关于这方面的研究，但是传统的研究中大部分都没有权衡安全和能量使用的情况，本文提出了使用多个混淆环的思想来解决这个问题。本文的方案分为两个阶段，第一阶段中，源节点随机选择一个或多个中间节点，并将数据包发送给随机选择的中间节点。第二阶段，中间节点选择其中一个混淆环，并将数据包发送给环节点，环节点将消息混淆后发送给sink节点；当环上能量达到一定的阈值后从中间节点发来的数据包发送到新的混淆环上，混淆后发送给sink节点。

为了设计出高效的源节点位置隐私保护方案，国内外研究者提出了多种路由机制，相关文献如下：

1、2013年，Ju Ren等人在《An Energy-Efficient Cyclic Diversionary RoutingStrategy against Global Eavesdroppers in Wireless Sensor Networks》中，提出了一种本文提出CDR 的方案来对抗全局攻击，从而保护源节点的位置隐私。首先，在产生冗余路由的同时减小对网络寿命的影响，在距离sink节点较远的地方产生冗余，使得热点区域能耗达到最小化；其次，为了增强位置隐私，本文计算不同区域循环冗余路由产生的概率，使能量消耗达到平衡。

2、2016年，Kumar P等人在《Source location privacy using multiple-phantomnodes in WSN》中，提出了一种基于能量有限的无线传感器网络的路由方案。首先sink节点通过网络洪泛使节点获得各自的跳数信息，且节点将跳数等信息回复sink节点。接着sink节点通过计算将每三个合适的节点置为一组，并通知各节点。从而源节点在传递数据时，随机选择另外两个组员中的一个作为幻影源节点。但该方案在初始化阶段多次洪泛会消耗额外的能量。

3、2017年，Bai L等人在《Privacy protection algorithm based on expectedphantom source node in wireless sensor network》中，提出了一种基于预期幻影源节点的源位置隐私保护方案。源节点和sink节点的坐标已知，该算法建立一个椭圆，并且在椭圆上随机选择一个位置作为预期的幻影源节点，提供幻影源节点的方向。通过选择分散的预期幻影源节点，相邻数据包的传输路径也是分散的，从而能够增加数据包在传输过程中远离源节点或sink节点的可能性。

发明内容