[发明专利]一种隐私保护的两层传感器网络范围查询系统及方法

摘要

一种隐私保护的两层传感器网络范围查询系统及方法，为了解决现有的两层传感网络的通信量大，消耗能量大，生存时间短的缺陷，该系统包括Sink节点、存储节点和传感节点；Sink节点发送查询请求给存储节点，Sink节点对存储节点返回的查询结果进行完整性验证；存储节点用于响应Sink节点的查询请求，存储传感节点传输的数据，根据查询范围将相应的传感节点的数据返回给Sink节点;传感节点用于感知数据并对数据加密，并将数据传输给存储节点。该系统在保证传感节点数据机密性，能够有效对存储节点返回的查询结果进行完整性检测，同时，该方法能够有效减少数据传输量，延长了无线传感器网络的使用寿命。

主权项

1.一种隐私保护的两层传感器网络范围查询方法，该方法基于一种隐私保护的两层传感器网络范围查询系统，该系统包括Sink节点、存储节点和传感节点：Sink节点，发送查询请求给存储节点，Sink节点对存储节点返回的查询结果进行完整性验证；存储节点，用于响应Sink节点的查询请求，存储传感节点传输的数据，根据查询范围将相应的传感节点的加密数据和保序编码集返回给Sink节点；传感节点，用于感知数据并对数据加密，构建加密数据集和保序编码集，并将加密数据集和保序编码集传输给存储节点；所述隐私保护的两层传感器网络范围查询方法包括以下阶段：前期准备阶段：Sink节点与每个传感节点共享密钥和保序函数；网络拓扑结构构建阶段：将两层传感器网络划分为多个单元，每个单元包括一个存储节点和多个传感节点，每个单元内部节点构成一个路由树，其中存储节点为根节点；数据存储阶段：传感节点对一个周期内感知到的数据进行排序，并对数据加密构成加密数据集；将原始数据构造成新数据，并通过保序函数对新数据进行编码，形成保序编码集；最后通过多跳的方式将加密数据集和保序编码集传输至所在单元的存储节点；范围查询请求阶段：Sink节点将查询请求发送给每个单元的存储节点，Sink节点通过生成下上限多项式将查询范围对应到每个传感节点，查询范围包括周期号t、下上限多项式和单元的ID号；范围查询返回阶段：当存储节点接收到Sink节点的查询请求，根据下上限多项式和每个传感节点的ID号求出每个传感节点对应的查询范围；然后将每个传感节点的保序编码集中的编码与其对应的查询范围进行比较，如果编码在查询范围内，则存储节点将该编码以及对应的加密数据分别放入返回编码集和返回加密数据集，存储节点还需要将查询范围内两端的前驱和后继数据及对应的编码放入相应的集合中；如果没有数据符合范围查询，则将范围查询两端最近的两个数据放入相应的集合中，最后将返回编码集和返回加密数据集传输给Sink节点；查询结果验证阶段：Sink收到存储节点的返回结果后，Sink节点通过与传感节点Si共享的加密密钥对加密数据集DSi，t进行解密得到{d′1，d′2，d′3，d′4}，其中：d1、d2、d3、d4为传感节点感知得到的原数据，Sink节点得出返回的结果是否正确和真实，如果符合则进一步执行步骤2；步骤2：Sink节点通过与传感节点Si共享的保序函数Fi(x)对解密后的数据进行保序编码重构得到重构保序编码集NMSi,t，然后将重构保序编码集NMSi,t与保序编码集MSi,t进行比较，如果两集合相同则返回结果是完整的，否则不完整，其中,i为节点号，t为时间周期序号；所述验证阶段的具体过程为：Sink节点通过与传感节点共享的密钥对加密数据集进行解密获得原数据，根据解密得到的原数据，判断出返回数据的准确性和真实性；Sink节点再通过与传感节点共享的保序函数对原数据集重构保序编码集，通过比较生成的编码集与存储节点传输过来的保序编码集，来判断查询结果的完整性；所述数据存储阶段，将原数据构造成新数据的具体过程为：新数据包括两部分，左半部分是原数据，右半部分是原数据与其下一个原数据之差值，且每个传感节点生成两个随机的下限和上限数据；为了保证新的数据仍然是有序的，将所有右半部分的数据的位数设置成相同的。