[發明專利]一種基于布隆過濾器的傳感器溯源編碼方法

在審

• 申請號: 202110647904.3
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113382408A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 黃杰;陳子昂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W12/03
• 分類號: H04W12/03;H04W12/06;H04W12/108;H04W84/18
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明公開了一種基于布隆過濾器的傳感網絡溯源編碼方法，包括如下步驟：根據網絡中數據包對應的序列號(seq)和主機節點的私鑰Ki生成節點ID(VID)，每當數據源節點生成數據包時，它會創建一個布隆過濾器包(ibf)，將其全部初始化為0，并將該頂點的VID插入該布隆過濾器包ibf。之后會將這個布隆過濾器作為數據包的一部分，同步向上傳輸，每個中間節點都會將自己的節點信息生成VID之后，將該VID插入ibf_n?1中，最終生成整個溯源路徑的布隆過濾器包iBF。在iBF到達根節點之后，我們會利用預存的節點信息，對iBF進行溯源驗證和溯源收集處理，驗證溯源數據的正確性和完整性，并對攻擊做出預警。本發明解決了傳感網絡溯源中溯源數據量過大且安全性難以保障的問題。

技術領域

本發明涉及數據溯源領域，尤其是一種基于布隆過濾器的傳感網絡溯源編碼方法。

背景技術

數據溯源最初被應用于科學研究領域，隨著人類社會逐漸步入信息化時代，科學研究產生的數據量急速膨脹，在一些學科如農業，地理，歷史中，對于數據的真實性和完整性有著較高的要求，數據溯源的出現，符合了這些學科對于數據精準度和安全性的要求。實際上，人類社會自古以來都存在著多種方式以保護數據的真實性，但在信息化來臨之前，多靠人工完成考證數據的工作。比如醫學中的病理學，通過尋找病因，疾病發生的具體環節和過程，分析人體結構在生病時產生的變化，尋找疾病的本質，給出正確的判斷，以尋找正確的應對方法。這種探求的過程，也是一個溯源的過程。然而隨著信息科學技術的發展，我們可以通過多種計算機手段去解決這個問題，數據溯源就是一個很好的案例。

在目前已有的溯源系統中，需要高額的管理成本是大多系統共有的問題：日志記錄法會帶來大量的冗余數據，區塊鏈溯源技術會包含所有數據操作歷史的完整記錄，這兩種方法的溯源數據會超過原數據的總量，帶來大量的存儲和查詢成本。因而采取合適的手段縮減溯源數據量就成為了較為常見的解決方案。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于布隆過濾器的傳感網絡溯源編碼方法，解決了傳感網絡中，溯源數據量大的問題并在一定程度上保證了數據的安全性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于布隆過濾器的傳感網絡溯源編碼方法，包括如下步驟：

(1)根據組網結構，選定布隆過濾器包長m和哈希函數個數k，生成布隆過濾器BF＝{b₀,b₁,...,b_m-1}，其中b₀,b₁,...,b_m-1表示布隆過濾器中的m位，在初始化時，每位都會置為0。

(2)對于傳感網絡中，每一個產生數據包的節點，都會根據其數據包的序列號seq和節點的私鑰Ki生成節點ID(VID)，并根據BF生成一個布隆過濾器包ibf，將其初始化為0。最后將VID插入ibf中，再將該數據包整體上傳到下一個節點中。對于節點n_i的VID基于如下公式進行計算：VID＝generateVID(n_i,seq)＝E_Ki(seq)，E代表對稱加密算法，本專利中使用AES對其進行加密。

(3)每一個中間節點接收到數據之后，都會重復(2)中的步驟，將其VID與收到的溯源信息聚合，即在其基礎之上在進行布隆過濾器加密。

(4)數據到達根節點之后，此時的布隆過濾器節點包iBF會包含整個路徑的信息，我們需要對其進行驗證，因此會調用溯源驗證與收集算法對節點路徑進行驗證。

本方法需要針對每個網絡的路徑長度以及數據包長度，設定合適的m和k值，以保證達到最佳的數據壓縮效果，壓縮效率能達到O(n)級。