简述无线传感器网络数据隐私保护技术

梁娜娜 孙芳

引言：无线传感器网络一般又简称为无线传感网。通常是由价格较低、功能多样的传感器节点自组织构成。其在很多领域都受到很高的重视，如医疗、环保、智能家庭等。在无线传感器网络相关技术不断发展的同时，隐私保护的问题已经成为研究的热点。本文首先分析研究无线传感器网络数据隐私保护的必要性，其次论述位置隐私保护技术和数据隐私保护技术。旨在探索未来的研究方向。

一、引言

无线传感器网络作为物联网的重要组成部分，近年来，其应用的范围越来越广，给很多领域的发展都做出了重要贡献。在肯定其作用的同时，学者们开始关注无线传感器网络的安全问题。无线传感器网络的安全问题主要指其隐私安全，所以说，对无线传感器网络的隐私保护的研究是无线传感器安全技术研究的重要的方面。做好无线传感器网络隐私保护技术是无线传感器网络发展的关键所在。

二、无线传感器网络数据隐私保护的必要性

首先，由于无线传感器会被放置在人烟稀少的环境中，通常无人看守，无法保证传感器的安全。传感器时刻面临着被攻击者窃取、破解和更改的风险，会造成用户及被监视对象的隐私信息暴露，这样对于私密信息的所有者是一个非常大的威胁。其次，无线传感器网络的节点的电源能量、通讯能力、计算能力都受到很大的限制，所以在无线传感器网络中不能使用复杂的安全技术，这样就更加不能有效的保护无线传感器网络的数据隐私。最后，无线传感器网络运用的范围是非常广泛的，如军事、医疗等领域，在不同的领域中存在着不同的数据隐私攻击方式和隐私保护的需求。对无线传感器网络数据隐私的保护不能一概而论。

由此可以得出，在无线传感器网络的发展和应用中，隐私保护问题已经非常的突出，是影响无线传感器网络正常发展的重要因素。

三、相关技术

1. 位置隐私保护技术

位置隐私保护技术是无线传感器网络数据隐私保护技术中的一个传统的技术，也是一个非常重要的技术。目前的位置隐私保护技术主要就是采取路由随机采取和虚假信息源等手段，让转发节点以随机的方式将数据向远离汇聚节点的方向传输。从而隐藏真实的信息来源，保护位置信息，这样的方法使攻击者很难准确的获取节点的准确位置信息。

1）本地位置隐私保护技术

本地位置隐私保护又叫做幻影路由协议。包括两个阶段。第一个阶段，就是采用随机漫步的方式让伪源节点尽量的远离真实源节点，随机的选择一个扇形划分方式或跳数划分方式，并沿着这类节点路由到伪节点。通过这样的过程达到位置隐私保护的效果。第二个阶段，就是将伪源节点以洪泛路由或单路径路由的方式到达基站节点，利用虚假来源的节点来保护真实来源的节点的位置隐私。

采用幻影路由协议能够有效的保护位置隐私，使攻击者很难发现真实源节点。但是在进行幻影路由协议时，需要发送大量的通信量以达到保护数据隐私的作用，这样的过程会大大的消耗无线传感器网络的能量，增加了无线传感器网络运行的负担，同时也延迟了总的通信的时间。

2）全局位置隐私保护

全局位置隐私保护由两个方法组成，第一个是路由到隨机选择中间节点方法。第二个是网络混合环方法。在这两个方法的作用下，就能实现全局位置的数据隐私保护。在路由到随机选择中间节点方法中，通过随机选择的中间点使攻击者不能准确的追踪到源节点，这个过程和幻影路由协议是非常类似的。接着经过网络混合环方法，使数据扩展到目的节点区域，进而实现全局位置的隐私保护。

2、数据隐私保护技术

在无线传感器网络中一项非常重要的技术就是数据聚合，所以数据隐私保护的关键就是保护数据聚合过程中的隐私性。同时兼顾数据的有效性和完整性，下面就针对聚合过程中的数据隐私保护技术进行介绍

1）基于分簇技术的数据隐私保护技术

这项技术是在传感器节点的原始数据中添加一定数量的随机数据来隐藏真实的数据，从而保护数据的隐私性。基于分簇技术的数据隐私保护技术的实现主要通过三个途径。第一是构建簇。即传感器节点通过分布式协议随机的形成多个簇。第二是簇内数据聚合。即簇内节点扰动感知数据，对其加密后发送到其他的节点，通过节点之间的数据交换来实现簇内节点的数据聚合，在这样的过程中应保证每个节点不能获得其他节点的隐私数据。第三是簇之间的数据聚合。将每个簇头节点形成的数据通过路由协议送达目的节点。

基于分簇技术的数据隐私保护技术的实施过程中，单个簇包含的节点越多，隐私性的保护就越好，但是所造成的计算量就非常大，产生了巨大的计算消耗。

2）基于数据分片的数据聚合隐私保护技术

这项技术就是利用切分技术奖原始数据切成多个数据，然后加密路由到目的节点，来隐藏真实的数据。它的实现过程包括三个步骤。第一，在每个数据节点中随机选择一组节点。然后把自己的隐私数据分成数个小数据，在自己保留一个的情况下，把其他的小数据分别发送给集合中的其他节点。第二，在收到加密后的分片数据后，首先将这些数据解密，然后将所有来源不同的数据相加，执行聚合操作。第三，最后将所有节点相加后得到的数据通过路由协议传送到目的节点。

在这一过程中，中间节点获得的只是分片的数据，不能获得完整的数据源，这样就很好的保护了数据的隐私，但是将大量的数据进行切片，在通信的过程中，引入了额外的通信量，这就造成了很大的通信负担。

3）基于同态加密的数据聚合隐私保护技术

该项技术主要是在不解密的情况下对密文进行聚合操作，在聚合的过程中就很好的发挥了隐私保护的作用。同态加密的优势在于只在开始和结束的时候解密，在中间节点的传输过程中不需要解密，很好的保护了各个节点的隐私数据。但是该项技术基于公共钥匙密码体制，计算非常的复杂，资源消耗量非常大。

四、总结

随着无线传感网络应用的广泛，在目前，做好无线传感器网络数据的隐私保护工作是很重要的。在本文中从无线传感器网络数据隐私保护的必要性出发，阐述了位置隐私保护技术和数据隐私保护技术。在数据隐私保护技术中重点涉及了基于分簇技术的数据隐私保护技术、基于数据分片的数据聚合隐私保护技术和基于同态加密的数据聚合隐私保护技术，并提出了每个技术的优缺之处。进而提出了将位置隐私保护技术和数据隐私保护技术相结合的方法来进行隐私保护。

参考文献

[1]范永健；陈红；张晓莹：《无线传感器网络数据隐私保护技术》，《计算机学报》，2012年6月.

[2]倪伟伟：《无线传感器网络数据隐私保护研究与应用》，《电子科技大学》，2013年3月.

[3]钱萍；吴濛：《无线传感器网络隐私保护方法》，《电信科技》，2013年1月.

[4]宋建华；税光泽：《无线传感器网络的数据安全与隐私保护》，《微型机与应用》，2013年2月.

[5]王倩倩；陈正宇：《无线传感器网络中数据融合隐私保护技术研究》，《金陵科技学院学报》，2014年6月.

[6]孙喜策：《商用驱动的无线传感器网络分布式隐私保护技术研究》，浙江大学，2010年1月.

（作者单位：河南工业和信息化职业学院）