无线传感器网络中基于节点行为和身份的概率认证

It is easy to fail and be captured for nodes in WSN because of usually being deployed in the enviornment of unattended and severe condition. The nodes with variable network topology have limitation of communication capacity, power energy, commputing speed, memory space , and enable traditional security mechanisms not to be safe and reliable for WSN. This proposal will present a probability authentication protocol without a trusted third party based on node behavior and node identity, and validate it to be effective, reliable and safe. That is, it will investigate WSN trust management combining data mining technique based on Bayesian theory and semi-ring algebra theory, establish a mathematical model associated with many attributes of node behavior, study a detecting method for abnormal nodes based on node trust level and statistical principles, explore key agreements based on node identity and probability random authentication protocol based on the shared key between non-abnormal nodes, investigate formal modeling method for authentication protocol, validating and detecting techniques for guaranteeing its credibility, and relative safety algorithm, protocol software and experimental platform to verify its safety and reliability. The aim of this proposal is to construct self-healing enviornment with high intrusion-tolerant and fault-tolerant through efficient security probability authentication in order to provide the safeguard for WNS applications and further promote the research and development of WNS in our country.

WSN节点因通常部署在无人值守、条件恶劣的环境导致节点易失效易捕获，且具有通信能力、电源能量、计算速度和存储空间有限和网络拓扑多变等特点，传统安全机制很难完全保证WSN的安全和可靠性。本课题拟提出一种基于节点行为和身份的无可信第三方的概率认证协议，并证明其有效性、可靠性和安全性。即研究基于贝叶斯理论和半环代数理论结合数据挖掘技术的WSN信任管理，建立与节点行为多种属性相关的的数学模型；研究依据节点信任度结合统计学原理识别异常节点方法；研究基于节点身份的密钥协商以及非异常节点间基于共享密钥的概率随机认证协议；研究认证协议的形式化建模、证明与检测技术保证其可信性；研究相关安全算法、协议软件及实验平台以验证其安全可靠性。目的是通过高效率的安全概率认证建立高容侵容错具有自治愈的WSN环境，为WSN的应用提供保障，进一步推动国内WSN的研究与发展。

无线传感器网络是由大量具有计算与通信能力的传感器节点构成，能够感知与采集网络分布区域内的各种对象信息或实时监测对象，其节点和物理世界紧密相连，由于无需预先部署基础设施，在车辆流量控制、目标跟踪、战场环境、抢险救灾等领域具有广泛的应用前景。但是无线信道的开放性以及传感器节点经常部署在无人值守的恶劣环境，使得无线传感器网络安全威胁不仅来自外部的攻击，还有内部节点的攻击，或者节点因计算能力、存储、通讯带宽和电池能量等方面严重受限，使得节点易失效。为了提高WSN的安全性和可靠性，本课题将信任管理思想与传统安全技术相结合，从安全及可靠性需求和入侵检测入手，对信任管理、异常节点识别、密钥管理、身份认证等方面开展了研究。研究基于贝叶斯理论和半环代数理论结合数据挖掘技术的WSN信任管理，建立与节点行为属性相关的信任模型；研究依据节点信任度结合统计学原理识别异常节点方法；借助于机器学习算法，设计了一个基于ELM的混合异常检测模型检测异常节点。研究基于节点身份的节点间的密钥协商以及组密钥的管理，设计了基于信誉模型的WSN密钥管理方案、基于身份的低能耗WSN组密钥管理方案。在信任和密钥管理基础上研究WSN的认证模型，研究认证协议的形式化建模、分析与检测技术保证其可信性；研究相关安全算法、仿真实验平台以验证其安全可靠性。设计一种基于节点可信度和身份的概率认证协议、基于三因素节点评估的WSN安全认证方案。