[發明專利]面向兩層WSNs的最值查詢方法

有效

• 申請號: 201310660187.3
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103596295A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 劉樹波;劉泓暉;劉夢君;蔡朝暉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18;H04W12/02;H04W28/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡安全技術領域，具體涉及一種面向兩層WSNs（無線傳感器網絡）的最值查詢方法。

背景技術

WSNs（無線傳感器網絡）作為物聯網底層和信息收集的源頭，能夠在無人值守區域進行數據采集、監控，并通過無線網絡將采集的數據發送到服務端，廣泛應用于軍事、環境監測、醫療、農業等領域。

兩層WSNs是對WSNs的一種改進，其通過在匯聚節點和傳感節點間增加存儲節點，將WSNs分為兩層。傳感節點通過存儲節點向匯聚節點發送傳感數據，匯聚節點通過存儲節點向傳感節點發送控制指令。存儲節點具有良好的數據存儲能力，通過對傳感數據進行暫時存儲，有效解決了大量傳感數據傳輸造成的網絡擁塞問題。同時，存儲節點還具有較強的計算能力，可實現查詢操作和數據融合。

然而，在兩層WSNs中，由于存儲大量的傳感數據，并執行匯聚節點發送來的控制指令，存儲節點極易成為攻擊目標。此外，傳感節點也易被捕獲成為竊取數據的工具，因此需要針對存儲節點和傳感節點數據進行隱私保護。

在一些預報、預警的應用環境中，傳輸最大或最小的最值傳感數據比傳輸全部傳感數據的意義更大。最值查詢的目的是為了獲得某區域內傳感數據的最大或最小值。但是，查詢過程容易暴露傳感數據，對于一些數據安全性要求高的應用，尤其需要在查詢過程中對數據進行隱私保護。目前針對查詢的隱私保護研究主要集中在范圍查詢，對于隱私保護最值查詢的研究較少。

發明內容

本發明的目的是提供一種面向兩層WSNs的最值查詢方法，該方法在保證傳感數據最值查詢正確性的同時，還可以保護數據隱私。

為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

面向兩層WSNs的最值查詢方法，所述的兩層WSNs包括匯聚節點、存儲節點和傳感節點，包括步驟：

步驟1，匯聚節點產生對存儲節點保密的大于0的第一隨機數，并通過其與傳感節點間的秘密信道將第一隨機數傳遞給傳感節點；

步驟2，傳感節點根據第一隨機數產生大于0小于第一隨機數的第二隨機數，采用第一隨機數和第二隨機數隱私化處理采樣數據獲得隱私數據，使得隱私數據最值對應采樣數據最值，采用傳感節點和存儲節點間的通信密鑰對隱私數據加密后傳遞給存儲節點；

步驟3，存儲節點獲得查詢單元內各傳感節點的隱私數據，比較隱私數據獲得隱私數據最值，將隱私數據最值加密后發送給匯聚節點；

步驟4，匯聚節點獲得隱私數據最值并采用隱私化處理的逆運算還原隱私數據最值，即獲得查詢單元內傳感節點的采樣數據最值。

步驟1中，匯聚節點使用其與傳感節點間的共享密鑰加密第一隨機數，并傳遞給存儲節點，存儲節點將接收消息包向查詢單元內各傳感節點廣播。

步驟2中，所述的采用第一隨機數和第二隨機數隱私化處理采樣數據采用如下公式X_i＝θv_i+δ_i進行，其中，v_i為按預設精度整數化采樣數據d_i獲得的整數；d_i為t采樣時刻的采樣數據；X_i為v_i經隱私化處理后獲得的隱私數據；θ、δ_i分別為第一隨機數和第二隨機數。

步驟3中，存儲節點采用匯聚節點的公鑰加密隱私數據最值，并發送給匯聚節點。

步驟4中，匯聚節點采用自己的私鑰解密存儲節點發送的包括隱私數據最值的消息包，獲得隱私數據。

步驟4中，匯聚節點還原隱私數據最值，具體為：

將隱私數據最值除以第一隨機數，所得整數部分即為采樣數據整數化后的最值，根據預設采樣數據精度，采用采樣數據整數化處理的逆運算處理采樣數據整數化后的最值，即獲得采樣數據最值。

本發明在保證最值查詢正確性、且盡可能減小能耗的前提下，還可達到以下安全目標：

（1）傳感節點除了獲知自己采集的采樣數據外，無法獲取其他傳感節點采集的采樣數據；

（2）存儲節點無法獲取到任何傳感節點的采樣數據。

和現有技術相比，本發明具有如下優點：

（1）最值查詢過程中可避免采樣數據被竊取，保證了數據安全。

（2）無太復雜計算，且計算后產生的數據量小，不會大幅增加節點計算負荷和網絡通信負荷，適用于無線傳感器網絡。

附圖說明

圖1是兩層WSNs的網絡模型示例；

圖2是本發明具體實施例的流程圖；