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數(shù)字水印技術在無線E+E傳感器網(wǎng)絡安全應用
無線E+E傳感器網(wǎng)絡將大量微型E+E傳感器節(jié)點部署到監(jiān)測區(qū)域，通過無線通信組成多跳自組織網(wǎng)絡，實現(xiàn)對特定對象信息的感知、采集、處理和傳輸。無線E+E傳感器網(wǎng)絡在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領域有著廣闊的應用前景，其安全問題也必然會越來越受到重視。無線E+E傳感器網(wǎng)絡涉及到多方面的安全問題，其中不可信網(wǎng)絡環(huán)境中傳輸?shù)母兄獢?shù)據(jù)的完整性認證與易被竊取的具有商業(yè)價值的數(shù)據(jù)的版權保護都是不容忽視的安全需求。

數(shù)字水印技術在無線E+E傳感器網(wǎng)絡安全應用
E+E傳感器節(jié)點計算與存儲能力均較弱，能量供給更是非常有限，且E+E傳感器網(wǎng)絡絕大部分能量消耗都來源于無線通信，以至于傳統(tǒng)密碼學的手段不能得到良好的應用。在多媒體信息領域得到廣泛研究與應用的數(shù)字水印技術通常計算相對簡單，且不增加額外的傳輸信息，正是解決此類安全問題的較好的方法。數(shù)字水印技術根據(jù)方法的魯棒性可分為脆弱水印和魯棒水印，分別能以較低的開銷實現(xiàn)認證與版權保護，滿足E+E傳感器網(wǎng)絡的安全需求。因此的研究對于豐富信息安全理論與技術，尤其是受限環(huán)境下的數(shù)據(jù)認證與版權保護都有著一定的學術價值，在物聯(lián)網(wǎng)廣泛應用的時代更具有較強的實用價值。首先簡要介紹了無線E+E傳感器網(wǎng)絡的基本概念，并指出當前E+E傳感器網(wǎng)絡的安全研究主要集中在一些如安全路由、安全的數(shù)據(jù)融合等問題，而數(shù)據(jù)認證還主要使用的是以消息認證碼為代表的傳統(tǒng)密碼學方法，版權保護的研究更是甚少有文獻涉及。再簡要闡述了的研究所涉及的關于密碼學、信息隱藏以及數(shù)字水印的基礎理論知識，比較了E+E傳感器網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流與多播數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡結構與安全需求上的異同，并對現(xiàn)有的適用于E+E傳感器網(wǎng)絡的基于數(shù)字水印技術的認證與版權保護方案進行了綜述。針對當前E+E傳感器網(wǎng)絡中的水印方案的不足，根據(jù)網(wǎng)絡特點與安全需求，結合數(shù)字圖像水印技術，重點研究了E+E傳感器網(wǎng)絡中基于脆弱水印的認證方案與基于魯棒水印的版權保護方案，提出了①克服分組方案缺點的驗證數(shù)據(jù)個體的水印認證方案，②能夠恢復原始數(shù)據(jù)的可逆水印認證方案，③實現(xiàn)版權保護的1比特魯棒水印方案，并通過理論分析與模擬實驗驗證了這些方案的性能。的主要貢獻如下：①在抽象的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型上研究E+E傳感器網(wǎng)絡的認證與版權保護。E+E傳感器節(jié)點硬件千差萬別，E+E傳感器網(wǎng)絡也不似Internet運行相同的網(wǎng)絡協(xié)議。首先，在應用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的認證與版權保護，將E+E傳感器的每一次采樣所得的數(shù)據(jù)作為zui基本的數(shù)據(jù)粒度，而不考慮其數(shù)據(jù)鏈路層處理數(shù)據(jù)的方式。這使得提出方案具有更廣泛的適應性，尤其適合硬件差別較大的E+E傳感器網(wǎng)絡，更能為物聯(lián)網(wǎng)中廣泛存在的各種受限制網(wǎng)絡環(huán)境中的信息安全提供參考。其次，將網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)抽象為從E+E傳感器節(jié)點到匯聚節(jié)點的數(shù)值型數(shù)據(jù)流，在不考慮數(shù)據(jù)融合的前提下，水印均在采集信息的E+E傳感器節(jié)點而嵌入在匯聚節(jié)點被驗證。這為原本多樣的E+E傳感器網(wǎng)絡環(huán)境中的數(shù)字水印應用研究提供了便利。②提出了能夠驗證數(shù)據(jù)個體的無線E+E傳感器網(wǎng)絡水印認證方案。現(xiàn)有的E+E傳感器網(wǎng)絡的水印認證方案大都在數(shù)據(jù)組的層級處理數(shù)據(jù)，實際發(fā)生虛警的數(shù)據(jù)項較多，且數(shù)據(jù)組的魯棒性較差。結合數(shù)字圖像中定位篡改的水印算法，基于“雙向分散”技術提出了驗證數(shù)據(jù)項個體的水印方案，并改進得到了不分組的水印認證方案，克服了分組帶來的諸多缺點，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)項個體的認證，降低了方案的實際虛警率。③提出了可逆的無線E+E傳感器網(wǎng)絡水印認證方案。傳統(tǒng)水印方案修改原始數(shù)據(jù)，必然不符合一些敏感應用的需求。結合廣泛研究的數(shù)字圖像可逆水印，利用了E+E傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流相鄰數(shù)據(jù)之間的相關性，通過擴展當前數(shù)據(jù)與由前導數(shù)據(jù)得到的預測值之間的誤差嵌入水印，使得匯聚節(jié)點在提取水印之后還能恢復原始數(shù)據(jù)。④提出為無線E+E傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流實現(xiàn)版權保護的1比特魯棒水印方案。

數(shù)字水印技術在無線E+E傳感器網(wǎng)絡安全應用
結合經典的了Patchwork算法，在數(shù)據(jù)流中均勻而偽隨機地選擇部分數(shù)據(jù)，并劃分為兩組，通過改變兩組數(shù)據(jù)的差值來嵌入1比特水印。水印可由統(tǒng)計的方法檢測，并且對于常見的諸如截取、注入、采樣、修改等攻擊方式均具備較高的魯棒性，保證了在不破壞數(shù)據(jù)使用價值的前提下無法抹去水印信息。⑤建立了一套無線E+E傳感器網(wǎng)絡水印方案的性能評價機制。通過分析與實驗，建立了由漏檢率、虛警率、魯棒性、開銷、服務質量共同構成的評價體系，并根據(jù)這些指標對提出的所有水印方案進行了分析與模擬實驗。