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无线传感器网络技术的应用与挑战无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）技术是一项发展迅速的信息技术，它通过将许多小型、低功耗且具有自组织能力的传感器节点互联组成一个网络，实现了对目标区域进行全面、实时、准确的监测和控制。
WSN技术具有广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
一、无线传感器网络技术的应用1.环境监测：WSN技术可以用于环境监测领域，实时地收集环境参数（如温度、湿度、气压等）的数据，并进行分析和处理，为环境保护、灾害预警提供有力的支持。
2.农业领域：WSN技术可以应用于农业生产中，通过传感器节点对土壤湿度、光照强度等参数的监测，实现精确的农田灌溉和施肥，提高作物产量和质量。
3.工业控制：WSN技术可以用于工业自动化控制系统中，实时地监测设备状态、环境参数等信息，提供有效的管理和控制手段，提高工业生产的效率和安全性。
4.安防领域：WSN技术可以应用于安防领域，通过传感器节点实时监测周围环境的变化，如入侵者、火灾等，提供及时的报警和应对措施，保障人员和财产的安全。
5.健康医疗：WSN技术可以用于健康医疗领域，通过监测人体生理参数、体温、心率等，实时收集个体的健康状况，预测疾病的发生，提供个性化的医疗服务。
二、无线传感器网络技术面临的挑战1.能源问题：传感器节点通常由电池供电，能源问题是WSN技术的主要挑战之一。
传感器节点功耗低、寿命长的设计，以及能量收集和传输的技术研究是解决该问题的重点。
2.通信问题：WSN技术要求节点之间进行无线通信，网络中的节点数量通常很大，并且节点经常处于动态变化的环境中，这给通信带来了一定的困难。
如何保证数据传输的可靠性、低延迟和网络的稳定性是需要解决的问题。
3.网络安全问题：由于WSN应用的特殊性，传感器节点通常在无人区域或恶劣环境中部署。
这就给网络的安全性带来了挑战，如数据的保密性、完整性和抗攻击能力等问题需要解决。
4.节点定位问题：WSN技术要求对节点的位置进行准确的定位，以实现对目标区域的精确监测和控制。
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２００９．５24无线传感器网络面临的安全威胁与对策 赖建荣 苏忠 吉宁 陈厚金 林繁空军指挥学院网络中心 北京 １０００９７摘要：无线传感器网络安全是当前研究的热点。
本文针对无线传感器网络的物理层、数据链路层、网络层和应用层面临的安全进行分析，并提出相应的安全对策。
关键词：无线传感器网络；安全威胁；安全对策０ 引言在传感器网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ， ＷＳＮ）受到广泛关注时，安全研究也成为一个热点。
基于传统网络早期在体系结构设计并不把安全作为设计目标，导致日后不得不面临日益棘手的安全问题，加州大学伯克利分校的Ｃｈｒｉｓ Ｋａｒｌｏｆ 和Ｄａｖｉｄ Ｗａｇｎｅｒ教授指出，在ＷＳＮ的协议和算法设计时，应该把安全作为体系结构的一个重要组件进行集成。
但是，与传统网络不同的是，传感器网络的节点资源非常有限（如ＭｉｃａＭｏｔｅ２， 仅拥有一个４ ＭＨｚ ８－ｂｉｔ Ａｔｍｅｌ ＡＴＭＥＧＡ１０３ ＣＰＵ，１２８ＫＲＯＭ和４ＫＢＲＡＭ，通信频率为９１６ＭＨｚ，带宽为１０Ｋｂｐｓ），考虑到ＷＳＮ的广泛应用必须使得节点的成本尽可能降低，未来的技术发展不会致力于显著提高节点的性能，因此，无线传感器网络的安全面临着巨大挑战。
与典型网络一样，ＷＳＮ的安全必须满足可用性（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）、完整性（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）、机密性（Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌｉｔｙ）、认证（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）和认可（Ｎｏｎ－ｒｅｐｕｔａｔｉｏｎ）等传统的安全需求。
此外，根据ＷＳＮ自身的特点，ＷＳＮ还应考虑满足以下需求：可扩展性（ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）、有效性（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ），包括存储复杂度（Ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）、计算复杂度（Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）、通信复杂度（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ－ｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）和恢复力（Ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）等。
１ 物理层面临的安全威胁与对策物理层（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ）的主要功能是频率选取、载波频率的生成和信号的检测、调制。
无线传感器网络技术的应用和挑战随着无线传感器网络技术的快速发展，越来越多的应用场景涌现出来，同时也面临着各种挑战。
从农业、环境监测到智能城市，无线传感器网络已经深入到人们生活的方方面面。
本文将从应用和挑战两个方面，探讨无线传感器网络技术的现状。
应用农业领域在农业领域，传感器网络可以实时监测土壤含水量、光照、温度、或者亚乐斯，使得农作物得到最有效的灌溉、养分和光源。
传感器以每秒20次的速度收集数据，提高了农业的效率。
这种技术被称为精准农业，可以让农民在耕作和灌溉方面，更为科学和便捷。
环境监测随着人类的工业和城市化进程，环境污染问题愈来愈严重。
无线传感器网络技术在这方面发挥了重要作用，可以实时监测污染情况，提高监控效率。
例如，在城市中全方位安装传感器来检查大气污染、水污染、声音和震动等等，这将有助于政府更好地监管环境。
智能交通人们一直追求更加高效的交通，使道路更安全、更绿色，更顺畅。
无线传感器网络技术可以监测交通拥堵、道路状况等信息，同时也可以提高车辆安全性。
产生数据的检测器可以被集中在一个位置，并通过WIFI和网络将结果发送到相应的设备上。
挑战能源和电池寿命问题能源和电池寿命是无线传感器网络技术面临的最大挑战之一。
由于传感器在许多应用中必须长期运行，电池需要经常更换，这增加了设备管理的成本和难度。
例如，在一个监测温度变化的系统中，需要检测大量的目标点；在动物追踪系统中，需要跟踪动物活动的位置与方向。
这些需求使得设备必须不断运行，并花费大量的能量，因此传感器的电池改进是当下的热点问题。
孤立问题传感器可能会距离上游或下游或其他传感器过远，在此情况下会使信息传输受损且传感器无法使用。
因此，传感器设备的范围是一个必须仔细考虑的问题，无线传递的信号和距离对孤立问题也有巨大的影响。
安全和隐私问题在无线传感器网络中，数据保护是非常重要的，特别是对于与个人信息相关的情况，这更为重要。
未经授权，这些数据会沦为安全漏洞。
无线传感器网络的安全性分析与防护策略随着物联网技术的发展，无线传感器网络在各个领域中得到了广泛的应用。
然而，由于其开放性和无线传输的特点，无线传感器网络存在着一系列的安全隐患，如数据泄露、攻击和干扰等。
因此，对无线传感器网络的安全性进行分析和防护策略的制定变得尤为重要。
首先，对于无线传感器网络的安全性分析，我们需要从多个方面进行考虑。
首先是物理层安全性。
由于无线传感器网络中的节点通常是分布在广泛的区域内，容易受到物理攻击，如节点的拆除和破坏。
因此，我们需要采取措施来保护节点的物理完整性，如加固节点的外壳和采用防水、防尘等措施。
其次是数据链路层安全性。
在无线传感器网络中，数据的传输是通过无线信道进行的，容易受到窃听和篡改的攻击。
为了保护数据的机密性和完整性，我们可以采用加密算法对数据进行加密，并在数据传输过程中使用认证机制来确保数据的真实性。
另外，网络层安全性也是无线传感器网络中需要考虑的一个重要问题。
由于无线传感器网络中的节点数量庞大，网络拓扑结构复杂，容易受到攻击者的攻击和干扰。
因此，我们需要采取防御措施来保护网络的安全。
例如，可以使用路由协议来避免攻击者对网络进行拓扑攻击，并采用入侵检测系统来检测和阻止恶意节点的入侵行为。
此外，应用层安全性也是无线传感器网络中需要重视的一个方面。
无线传感器网络通常用于收集和传输敏感数据，如温度、湿度等环境数据，以及人体生理数据等。
为了保护这些数据的安全，我们可以采用访问控制机制来限制对数据的访问，并使用加密算法对数据进行加密。
综上所述，无线传感器网络的安全性分析和防护策略的制定是保障网络安全的重要环节。
我们需要从物理层、数据链路层、网络层和应用层等多个方面进行考虑，采取相应的措施来保护无线传感器网络的安全。
只有通过全面的安全性分析和合理的防护策略，才能有效地防范网络攻击和数据泄露的风险，确保无线传感器网络的正常运行和数据的安全性。
总而言之，无线传感器网络的安全性分析与防护策略是一个复杂而重要的课题。
分析传感器设备安全技术措施随着物联网应用场景的不断扩大，传感器设备在数据采集、运输等环节中扮演着重要的角色。
然而，随着传感器设备的普及，安全问题也逐渐凸显出来。
本文旨在分析传感器设备安全问题，并介绍传感器设备的应对措施。
传感器设备的安全问题1.数据泄露问题因传感器设备采集信息量庞大，且数据传输通常未加密，导致数据泄露的风险增大。
2.网络劫持问题传感器设备通常通过无线网络传输数据，而无线网络存在着许多安全隐患，攻击者可以通过干扰、仿冒、拦截等手段，窃取或篡改数据，给传感器设备带来损失。
3.恶意攻击问题攻击者可以通过多种手段攻击传感器设备或者通过攻击其他系统来达到攻击传感器设备的目的。
例如，通过恶意软件感染，入侵操控传感器设备等。
4.物理攻击问题传感器设备通常安装在容易受到外力影响的位置，例如墙壁、车辆车身等，容易受到物理攻击，而没有受到保护措施的传感器设备则容易被物理破坏。
传感器设备的安全应对措施1.数据加密技术为了避免数据泄露问题，需要传感器设备采用加密技术进行数据保护。
从数据收集、存储、传输等多个环节进行加密，降低数据泄露的风险。
2.网络安全措施在传输数据过程中，需要采取网络安全措施，如采用安全协议TLS协议等，保障传输通道的安全性，通过网络监测技术，发现未知攻击，提高网络抵御能力。
3.异常监测技术传感器设备需要采用异常监测技术，通过设立防护机制、实时监控系统等手段，能够及时发现传感器设备的异常状态，做出相应的安全措施。
4.物理安全措施传感器设备需要采用物理安全技术，加装防盗锁、安装在不易被攻击到的位置、加装限制性设备等，能够增加物理攻击的难度，提高传感器设备的安全性。
结论综上所述，传感器设备安全问题是一个全面的、复杂的问题。
基于物联网应用的敏感性，传感器设备面临的安全威胁日益增加，需要采取多方位的技术措施进行保护。
我们需要在数据加密、网络安全、异常监测、物理安全等方面持续创新，才能更好地保护传感器设备的安全。
无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制随着通信技术的发展，安全问题显得越来越重要。
在现实生活中，有线网络已经深入到千家万户：互联网、有线电视网络、有线电话网络等与人们生活的联系越来越紧密，已经成为必不可少的一部分，有线网络的安全问题已经能够得到有效的解决。
在日常生活中，人们可以放心的使用这些网络，利用它来更好的生活和学习。
然而随着无线通信技术的不断发展，无线网络在日常生活中已占据重要的地位，如无线LAN技术、3G技术、4G技术等，同时也有许多新兴的无线网络技术如无线传感器网络，Ad-hoc等有待进一步发展。
随着人们对无线通信的依赖越来越强烈，无线通信的安全问题也面临着重要的考验。
本章首先介绍普通网络安全定位研究方法，随后介绍无线传感器网络存在的安全隐患以及常见的网络攻击模型，分析比较这些攻击模型对定位的影响，最后介绍已有的一些安全定位算法，为后续章节的相关研究工作打下基础。
3.1 安全定位研究方法不同的定位算法会面临着不同的安全方面的问题，安全定位的研究方法可以采用图3-1所示的流程来进行。
图3-1安全定位方法研究流程图Figure 3-1 Flowchart of security positioning research method在研究中首先要找出针对不同定位算法的攻击模型，分析这些攻击对定位精度所造成的影响，然后从两方面入手来解决这个安全问题或隐患：一方面改进定位算法使得该定位算法不易受到来自外界的攻击，另一方面可以设计进行攻击检测判断及剔除掉受到攻击的节点的安全定位算法或者把已有的安全算法进行改进使之能够应用于无线传感器网络定位，还可以从理论上建立安全定位算法的数学模型，分析各种参数对系统性能的影响，最后根据这个数学模型对算法进行仿真，并把仿真结果作为反馈信息，对安全定位算法进一步优化和改进，直到达到最优为止。
3.2 安全隐患由于无线传感器网络随机部署、网络拓扑易变、自组织成网络和无线链路等特点，使其面临着更为严峻的安全隐患。
在传感器网络不同的定位算法中具有不同的定位思想，所面临的安全问题也不尽相同。
攻击者会利用定位技术的弱点设计不同的攻击手段，因此了解各定位系统自身存在的安全隐患和常见的攻击模型对安全定位至关重要。
影响无线传感器网络定位的原因大致可以分为两类：其一，节点失效（如节点被破坏、电量耗尽）、环境毁坏（通信干扰）等引起的定位误差；其二，恶意攻击[30]，攻击者主要是通过内部攻击和外部攻击两种方式来增大无线传感器网络的定位误差或使节点定位失效。
采用不同的定位算法，系统存在不同的安全隐患。
按照定位算法的分类将安全隐患大致分为：基于测距的定位的安全隐患和基于无需测距定位的安全隐患。
3.2.1 基于测距定位的安全隐患基于测距的定位技术需要测量未知节点和参考节点之间的距离或方位信息。
攻击者主要针对定位系统位置关系的测量阶段和距离估计阶段进行攻击。
在测距阶段，攻击者通过改变测距所需要的参数或者产生干扰和欺骗以增大误差，达到攻击的目的。
基于测距定位的攻击手段主要有以下几种：（1）通过移动、隔离信标节点来降低定位精度，或者通过大功率干扰设备产生无线电干扰信号，使得信标节点发出的信号中有较大的噪声，以此增大误差，降低定位精度。
如在RSSI测距技术中，通过增加周围信道噪声来造成信号的衰减，使得未知节点的测量距离长于实际距离；（2）通过在未知节点和信标节点传输的信道中设置干扰信号或阻断装置来达到降低节点定位精度的目的。
如在测量到达角度，计算相邻节点或者未知节点相对于信标节点的方位角的AOA算法中，通过使用反射物来改变信号的到达角度；（3）通过破坏距离定位协议，使得信标报文沿多径传输，从而增大信号传输的时间来降低定位精度。
如在根据信号的传播时间和传播速度进行定位的TOA/TDOA 算法中，通过提前或者延迟发送响应报文以达到虚减或虚增节点距离的目的。
3.2.2 基于无需测距定位的安全隐患无需测距定位的定位方法不存在测距阶段，所以从根本上避免了攻击者的攻击，但是由于该算法本身也存在安全隐患故也面临着更为严峻的安全问题。
无需测距定位的定位方法很容易受到虫洞、女巫、重放、伪造、篡改和丢弃信标报文等针对网络层的攻击。
在Centroid定位算法中，由于定位过程中需要用到已知坐标的信息（邻居节点信息），这就存在着很大的安全隐患。
攻击者可以通过伪装邻居节点，捕获邻居节点并散布虚假坐标信息或者在邻居节点间放置障碍物和吸收材料来隔离邻居节点，使邻居节点失效从而降低定位精度或使定位失败。
在DV-HOP定位算法中，由于定位过程中需要依据节点之间的最小跳数来估计每跳距离，攻击者可以通过改变最小跳数来改变每跳距离或者改变计算距离。
在Amorphous定位算法中，由于定位过程中需要利用节点之间的最小跳数，攻击者同样可以改变最小跳数，从而达到攻击的目的。
在APIT定位算法中，由于定位过程中也是要用到已知坐标的节点信息，攻击者可以发起虫洞攻击，从而使定位失效或精度降低。
3.3 常见的网络攻击方法及防御手段传感器网络中很容易受到来自各方面的各种各样的攻击，主要包括内部攻击(Internal Attackers)和外部攻击(External Attackers)。
内部攻击主要是报告错误的位置、距离信息，从而造成定位的误差。
其主要的攻击类型有：女巫攻击、Hello flood 攻击、虫洞和槽洞以及选择性转发等。
内部攻击对系统定位功能极具威胁，在内部攻击中，一旦某几个节点受到攻击或者几个攻击节点深入到网络内部就会导致整个网络的安全功能丧失，整个网络也就失去了作用。
外部攻击主要是俘虏或破坏物理节点、干扰或阻塞传感器节点间的通信，外部攻击者位于整个网络的外部，不能够深入到网络内部中去，攻击者无法获取网络密码或认证信息。
外部攻击危害较小，攻击者无法从俘虏的节点中获取整个网络的有效信息，另外个别节点被俘虏的情况下对定位精度的影响不大，但外部攻击具有很强的隐蔽性，更难被网络所检测到[31]。
传感器网络各个层次容易受到的攻击方法和防御手段如表3-1所示。
表3-1无线传感器网络中的攻击方法和防御手段Table3-1 Ways of attack and recovery instruments of wireless sensor network3.4 常见的网络攻击模型及对定位的影响目前无线传感器网络中存在的攻击类型主要有：虫洞攻击[32] (Wormhole)、重放、伪造、篡改攻击（Replay Attack、Forge Attack 、Distort/Tamper Attack）、女巫攻击[32]（Sybil Attack）、改变测量距离攻击（Alter Estimation Distance Attack）、节点俘虏攻击[33]（Compromise Attack）、拒绝服务(DoS)攻击、黑洞(Sinkhole)攻击、HELLO 洪泛攻击等。
3.4.1 虫洞攻击（Wormhole Attack）虫洞攻击是一种非常复杂的攻击方式，对传感器网络的精确定位有着严重的影响。
虫洞攻击至少需要两个攻击者通过建立虫洞链路（Wormhole Link）将偷听到网络中的有用信息从网络一端传送到另一端。
虫洞攻击可以通过Wormhole Link将整个网络中受到攻击的节点或恶意节点连接成一个整体，这些连接在一起的节点会同时发起对整个网络的攻击，这样虫洞攻击就会威胁到整个网络的安全。
另外在虫洞攻击中攻击者往往不会忠实、完整的传输所偷听到的消息，而是故意传递部分数据包，从而造成数据包的丢失。
虫洞攻击在传输数据过程中往往会结合篡改、选择转发等手段对网络中的数据进行破坏。
由于虫洞攻击没有破坏通信的验证性和完整性，也没有攻击网络中的相关主体结构，因此很难被检测到也更具有隐蔽性。
虫洞攻击所带来的影响可以从图3-2中看出来。
图3-2 虫洞攻击示意图Figure 3-2 Diagram of Wormhole Attack在图3-2中节点A、B、C、D在节点M的通信范围内，而节点E、F、G、H在节点N的通信范围内。
节点M要与节点N进行通信需要经过节点D和E，而节点M、N一旦受到虫洞攻击就会在它们之间形成虫洞链路，通过这个虫洞链路M和N之间能直接进行通信，就好像M、N都在其通信范围之内。
M能够接收到A、B、C和D的信息，并且能够通过虫洞将这些信息传送到节点N，节点N也能将收到的E、F、G和H所发送的信息转发给节点M。
这时，节点M和N就会接收到不在其通信范围内的消息，在定位过程中若用到此信息进行运算必然会增大误差，从而导致网络定位精度降低。
在以PIT理论为基础的APIT算法中[35]，也容易受到虫洞攻击。
针对APIT定位算法的虫洞攻击如图3-3所示。
图3-3 APIT定位算法的虫洞攻击Figure 3-3 Diagram of Wormhole Attack direct at APIT在图3-3中节点M位于A、B、C三个信标节点所组成的三角形之中，但是由于虫洞攻击的存在，节点M与节点N之间存在一条虫洞链路，从而节点M错误的判断出其位于这个三角形之外的错误结论。
3.4.2 重放、伪造、篡改攻击重放攻击（Replay Attack）是一种最简单的、最常用的而且最普遍的攻击方式。
特别是在攻击者自身资源受限或者没有能力俘获两个或多个传感器节点的时候，攻击者无法伪装成多个节点，重放攻击就成了攻击者最主要的攻击手段。
重放攻击的主要过程是：攻击者采用特殊的手段阻塞发射节点和接收节点之间的信息传递，与此同时攻击者将发射节点所发送的信息保存下来，然后向接收节点重放以前的定位信息。
在重放攻击过程中，攻击者无需修改定位信息而直接重放以前相同的定位信息，因此在信标节点的位置信息变化快、定位信息更新的速度快、网络的拓扑结构也变化很快的具有高速移动性的网络中，重放攻击就会极大的影响定位精度。
重放攻击对网络的精确定位影响很大，一旦存在这种攻击，未知节点就会接收不到正确的位置信息，从而导致定位精度的下降，更有甚者会导致定位的失败。
针对于固定的传感器网络结构，重放攻击造成的影响如图3-4所示。
节点A 向节点B和C发送定位参数，恶意节点M 对节点C所发送的信息进行阻塞，同时恶意节点M 能够很好的伪装成节点C并将所接受到信息发送给节点D，使得节点D误以为所接收到的信息是节点C所发的，从而导致定位的误差。
图3-4重放攻击示意图(a) 图3-5重放攻击示意图(b) Figure 3-4 Diagram of Replay Attack (a) Figure 3-4 Diagram of Replay Attack (b)针对于移动的传感器网络的结构，重放攻击造成的影响如图3-5所示。
