基于隐私保护的无线传感器网络数据安全关键技术研究

Privacy protection for Internet of Things (IOT for short) has been taken more and more attention, but most of current research methods, which have lost practical significance and did not distinguish the specific circumstances from each subnet of Internet of Things. Based on lightweight security key technique, this supplication aims at wireless (multimedia) sensor networks (a.b. WSN), i.e. the sense layer for IOT, and develops research on its data privacy protection from five aspects. Firstly, it makes in-depth study on privacy homomorphism, information hiding and secure multiparty computation; Secondly, these three techniques together with the lightweight key technique which combine with each other are used in wireless sensor networks and realize data security mechanisms, so as to resolve the privacy protection problem produced by data acquisition, integration, detection, processing and inquiry in WSN; Finally, above theory, technology, protocols, and algorithms will be tested and proved by the security simulation experiments and the demonstration of disaster area with wireless sensor networks.

物联网的隐私保护问题越来越得到重视，但是现有的研究方法往往未区分物联网中所包含各个子网的具体情况，使得许多物联网隐私保护方案的研究不具有实际意义。本课题着眼于感知层的无线(多媒体)传感器网络，基于轻量级的安全密钥技术，从五个方面对其数据隐私保护问题进行研究。首先对隐私同态、信息隐藏和安全多方计算技术进行深入研究；其次将这三种技术连同轻量级密钥技术相互进行组合，应用于无线传感网的数据安全机制，从而解决无线传感器网络数据采集、融合、探测、处理和查询等一系列流程的隐私保护问题；最后通过仿真实验以及关于灾区疫情的无线传感网的应用示范对上述理论、技术、协议和算法进行安全验证。

本课题“基于隐私保护的无线传感器网络数据安全关键技术研究”主要针对传感器网络中的数据隐私保护的关键问题开展深入研究。课题分为5个部分的研究内容：(1) 无线传感器网络数据隐私同态及信息隐藏技术研究；(2) 无线传感器网络数据隐私安全多方融合技术研究；(3) 无线传感器网络数据分布式探测隐私保护技术研究；(4) 无线传感器网络数据隐私安全范围及Top-k查询技术研究；(5) 无线传感器网络数据隐私保护安全应用示范及验证。在研究内容1中，设计了基于半诚实第三方和随机化的两方距离计算协议，以及基于隐私同态和点积的两方距离计算协议，同时设计了一种同态加密的密文检索方法。提出了基于灰色系统理论的无线图像传感器网络信息隐藏算法。在研究内容2中，设计了基于安全多方计算的共同车位隐私查询路由协议；提出了基于泰森多边形的相同服务请求的位置隐私保护方法；设计了无线传感网中隐私保护的主成分分析聚类融合算法以及基于时间序列统计分析和数据链路的无线传感器网络隐私保护数据融合方案。在研究内容3中，针对于传感网的分布式探测问题，提出了多样本检测算法、自适应阈值调整算法、基于分簇的分层分布式目标检测算法；并提出了基于权值的分簇决策融合算法W-CDFA和基于改进蚁群算法的分布式目标检测多径路由算法DD-ACMRA；此外，设计了基于运动传感器网络的针对强入侵者的k-覆盖入侵检测机制。在研究内容4中，设计了针对两层无线传感器网络的安全范围查询协议ZOSR和基于数据分布表和精确过滤器的隐私保护Top-k查询方案。在研究内容5中，设计并实现了基于可穿戴体征传感器的伤员感知与搜救系统，设计了基于无线传感网的抗震救灾的实现方法，同时，针对传统医疗保健系统中存在的数据隐私保护问题，设计并实现了基于隐私保护的医疗健康系统。. 本研究课题发表了31篇学术论文，其中SCI收录16篇、EI收录13篇；获得国家发明专利授权12项、申请8项，获得软件著作权2项，获得省部级科技进步奖2项，培养了博士生3人、硕士生12人。