[發明專利]虛假數據注入攻擊下的傳感器網絡事件觸發信息融合方法

有效

• 申請號: 201910338271.0
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110049057B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 張亞;蔡文波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04W12/00;H04W12/121;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

本發明公開了一種虛假數據注入攻擊下的傳感器網絡事件觸發信息融合方法，首先初始化各傳感器節點信息濾波中自身節點的先驗信息矩陣和信息向量；傳感器節點測量數據并通過網絡攻擊檢測器判斷其是否受到攻擊，然后更新后驗信息矩陣和信息向量；傳感器節點通過通信觸發條件來判斷是否向網絡發送信息矩陣和信息向量；傳感器節點根據當前接收到的通信鄰居節點信息矩陣和信息向量、以及對其他通信鄰居的信息矩陣和信息向量的預測值來進行信息融合；最后傳感器節點利用融合信息更新自身的信息矩陣和信息向量、以及鄰居節點的信息矩陣和信息向量預測值。本發明能通過通信協作完全自主地實現目標估計的性能，并且盡可能地降低網絡通信能耗。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡安全技術領域，特別是虛假數據注入攻擊下的傳感器網絡事件觸發信息融合方法。

背景技術

分布式無線傳感器網絡是由大量自組織的傳感器所構成的，與集中式和分散式狀態估計相比，分布式狀態估計由于其高估計精度，低通信資源利用率以及高魯棒性而得到更廣泛的研究和關注。能夠發送/接收數據并對數據進行處理，并能夠通過傳感器之間的相互協作完成諸如智能監測、目標定位和跟蹤等任務的復雜網絡。

現如今，惡意攻擊等網絡安全問題已經成為科學研究的一個重要課題。在實際應用中，無線傳感器網絡容易遭受欺騙攻擊、拒接服務攻擊、虛假信息注入攻擊等網絡攻擊，使得狀態估計性能受到毀滅性的破壞。因此，研究面向網絡攻擊的無線傳感器網絡的分布式估計問題，具有重大的現實意義。

目前傳感器網絡在針對虛假信息注入攻擊下精確估計追蹤目標的技術主要可以分為以下幾種方案：1、數據丟棄法。由于傳感器網絡的狀態更新是根據最新的觀測值，一旦網絡遭受攻擊，觀測值便遠遠偏離真實值，從而導致傳感器估計的狀態值發散。因此，該方法首先分析傳感器的觀測值是否在合理范圍之內，若不在，則丟棄該值，系統的狀態值由之前的狀態值直接更新，直到觀測值在合理范圍之內，則重新使用觀測值更新狀態值。但是該種方法存在問題是若傳感器長時間遭受攻擊，則觀測值一直被丟棄，也會使系統的狀態值發散。2、攻擊頻率法。該方法將傳感器網絡中全部的數據節點坐標映射為一個二維矢量平面，將該矢量平面劃分為多個互不相交的子區域，計算矢量平面間的偏差，組建傳感器網絡攻擊數據檢測適應度值函數，計算出攻擊數據的傳輸頻率。很明顯，該方法只能針對具有特定規律的攻擊手段，一旦攻擊者可以控制攻擊時間，便無法做到對攻擊的準確檢測，更重要的是，該方法只能在集中式的傳輸網絡中應用。3、隨機選擇法。針對無線傳感器網絡受到攻擊丟失信息的缺陷,深入分析各種攻擊的特征，隨機在自身觀測數據和相鄰傳感器傳輸的數據中選取一部分數據進行數據融合，該技術能夠避免部分傳感器成為敵方俘獲的目標。但是當傳感器隨機的受到攻擊，即使該方法滿足狀態值收斂，也無法使估計值穩定，在運行時，均方根誤差波動較大，無法準確的跟蹤目標。數據丟棄法是一種比較常用的方法。然而，目前采用的攻擊檢測器通常是具有常數閾值形式的χ2攻擊檢測器，當攻擊頻率較高的時候，被丟棄掉的數據太多從而易導致估計算法無法收斂。

此外，由于傳感器能量有限，而無線通信又是傳感器的主要能耗，所以需要在設計分布式估計算法時考慮在保證估計性能的同時盡量減少通信能耗。相比于時間驅動的通信觸發機制，事件驅動能有效減少通信能耗。然而，目前的事件驅動通信觸發機制在設計時需要用到整個通信網絡拓撲的信息，不是完全分布式的。對于虛假數據注入攻擊下的無線傳感器網絡，亟需設計帶分布式自適應攻擊檢測器和通信觸發機制的分布式估計算法，使得在任意攻擊下能實現目標估計任務，并且盡可能地降低網絡通信能耗。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種虛假數據注入攻擊下的傳感器網絡事件觸發信息融合方法，保證準確檢測網絡攻擊和實現網絡目標估計性能的情況下，有效利用測量信息，減少通信能耗。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明提出的一種面向虛假數據注入攻擊的傳感器網絡事件觸發信息融合方法，包括以下步驟：

步驟(1)、初始化各傳感器節點的先驗信息矩陣和信息向量；