[发明专利]基于多维尺度变换的虫洞拓扑识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机无线网络的虫洞攻击检测领域，具体涉及一种基于多维尺度变换的虫洞拓扑识别方法。

背景技术

虫洞攻击是无线自组织网络中一种严重的攻击。在虫洞攻击中，攻击者在网络中相距较远的两个地点间建立优质高速的虫洞链路，使得虫洞两端的节点间能够通过虫洞直接传输数据包。如图1所示，在该虫洞攻击示意图中，图中正方形表示攻击者在网络中部署的两个无线收发器，它们之间建立一条优质高速的虫洞链路，如图中粗曲线所示。圆形灰色区域表示收发器天线的通讯范围，位于该区域内的节点受到虫洞天线的直接影响，为虫洞节点。每个虫洞收发器分别在自身通讯范围内收集无线信号，通过虫洞链路发送至另一端，并在另一端进行广播。攻击者部署的通讯链路称为虫洞，在图1所示的例子中，正方形之间的较粗曲线表示一条虫洞链路，连接着较远的两个区域，攻击者通过捕捉一端的物理层无线信号(或链路层数据包)并转发到另一端，使得相距较远的两组节点{3，4，5，6，7}和(13，14，15，16}感觉它们是直接的邻居，彼此物理距离很近。因为虫洞能吸引大量网络数据包，所以通过虫洞攻击能发动多种攻击，比如选择性地丢包、篡改包、乱序发送等。进一步通过收集并分析大量的网络数据包，攻击者能够利用虫洞攻击作为跳板发动更为严重的攻击，比如协议分析、密码破解、中间人攻击等。所以虫洞攻击极大地危害网络中的各种协议和功能，包括路由、定位、拓扑控制等。虫洞攻击的另一个显著特点是，攻击者可以在不破坏任何合法节点或是密码机制的情况下发动该攻击。因此，仅基于密码学的安全机制无法解决虫洞攻击。

虫洞攻击是无线自组织网络中近年来研究的热点问题，引起了广泛的关注。众多国际知名学者提出大量的虫洞检测方法。目前的方法很大程度上都是基于分析虫洞在网络中引起的某些症状来相应地设计检测方法。这些方法基于不同的假设，有各自的优缺点，其可用性与系统配置和应用紧密相关。下面基于各种方法利用的虫洞异常现象，对目前的虫洞检测方法进行分类介绍。

第一类方法基于欧氏距离异常现象。Hu等人(Y.-C.Hu等，Packet leashes：A defense against wormhole attacks in wireless networks，IEEE INFOCOM，2003)提出基于地理位置的包约束方法。该方法在每个数据包中添加发包节点的位置信息，后续节点根据位置信息逐跳地检验通讯链路所跨越的欧氏距离来判定是否允许包的传输，从而限制并检测虫洞。Wang等人(WWang等，Defending against wormhole attacks in mobile ad hoc networks，Journal of Wireless Communications and Mobile Computing，2006)进一步将逐跳检验扩大到限制发送源到目标节点间端到端的距离。Zhang(Y. Zhang等，Location-based compromise tolerant security mechanisms for wireless sensor networks，IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2006)等人提出基于位置的相邻关系认证模式来定位虫洞。此类方法需要节点预先知道正确的位置信息，才能捕获到虫洞引起的欧氏距离异常现象。