1.一种基于信任机制的无线传感网络节点安全状态评估方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:自私节点声誉值评估:当节点n处于时隙stk并与相遇节点m建立连接时,首先相互交换Nid(节点身份)来验证双方节点在网络中的唯一合法性,如果相遇节点m因为条件限制需要实施自私行为,则节点n通过直接交互获悉节点m是否拒绝接收部分或者全部消息,并将自私行为分为三种情况;
S2:恶意节点声誉值评估:恶意节点以欺骗其他节点的方式诱使协作节点转发消息,恶意节点接收消息之后体现出非协作性有两种方式:一是通过窃取或者篡改消息,二是通过丢弃消息;
评估主体节点在每个时隙内部量化相遇的评估客体节点声誉值,并在每个时隙结束时刻更新评估客体节点声誉值;如果评估客体节点声誉值高于评估主体节点所设定的信任阈值,则评估主体节点选择与评估客体节点交互,将消息转发至评估客体节点,信任其在未来移动过程中能够将从评估主体节点接收到的消息未经篡改地转发给其他中继节点或目的节点,共同完成协作转发消息的过程;由于机会网络间断性连接,评估主体节点无法一直跟踪监视评估客体节点是否按照协作方式正常转发消息,因此通过三种途径来搜集用于声誉值评估的信息,从而准确量化评估客体节点声誉值。
2.如权利要求1所述的一种基于信任机制的无线传感网络节点安全状态评估方法,其特征在于:所述步骤S1中,三种自私行为情况为:情况1:相遇节点m只愿意接收以朋友节点为目的节点的消息或者以内容偏好为导向的消息,则将节点m加入节点n的自私节点列表sListn,列明节点m所属社区Oidm和内容偏好Conm并由节点n和节点m共同签名证明加入sListn信息的真实性;
情况2:相遇节点m剩余能量 不足,则判段其剩余能量不足的依据是需要确保在时隙stk结束时刻为止,节点m利用剩余能量接收目的节点的消息,其公式为:其中, 为节点m在时隙stk内处于链路空闲状态下的单位时间能耗, 为
节点m在时隙stk内处于链路连接状态下的单位时间能耗, 为距离时隙stk结束时刻内的链路空闲时间, 为距离时隙stk结束时刻内链路连接且节点m作为目的节点接收消息的时间; 由节点m在时隙stk内的历史交互经验决定;节点n将节点m加入sListn,列明节点m为能量不足节点且仅能存活至时隙stk结束时刻为止;
情况3:相遇节点m缓存资源不足,则判断其缓存资源不足公式为:
其中, 表示节点m尚未利用的缓存空间, 表示节点m中以节点n为目的节
点的消息所占用的缓存空间, 表示节点n中缓存的以节点m为目的节点的消息所占用的缓存空间;
节点m在后续中能够通过积极转发消息来改变缓存空间不足的情况,因此当节点m缓存不足时需要调整缓存空间,其中, 表示节点m自身消息所占用的缓存空间,
表示节点m中已缓存却隶属于其他节点的消息所占用的缓存空间;
按照消息相似度确定消息转发优先级,计算公式为:
其中, 表示消息缓存于节点m且属于内容偏好ConA的消息相似度,C(Mm∈ConA)表示节点m中已缓存有该类消息的数量,C(Mn∈ConA)表示节点n中已缓存有该类消息的数量;因此, 的数值大小由节点n和节点m所缓存消息内容偏好的差异决定,节点m按照消息相似度由低到高的顺序依次转发消息;
改变节点m在前期移动过程中逐渐产生的拥塞,需在后续过程中提高转发消息的缓存空间而相应降低接收消息的缓存空间;设节点m在时隙stk内接收消息的平均缓存空间为转发消息的平均缓存空间为 对节点n转发消息缓存空间增量为 接收消息缓存空间增量为 节点m由拥塞至正常状态所需时间为 计算公式为:
因此,作为缓存不足的自私节点应在后续移动过程中积极转发消息以
降低拥塞风险,使节点能够尽快由自私节点重新成为协作节点。
3.如权利要求2所述的一种基于信任机制的无线传感网络节点安全状态评估方法,其特征在于:节点n根据导致相遇节点产生自私行为的原因将自私节点及产生原因分别加入sListn中并加上时间戳,如下表所示:节点n的自私节点列表sListn
当节点相遇时,需要相互交换经过签名认证的自私节点列表sList,结合相遇节点的sList,评估主体节点通过判定相遇节点是否为协作节点适时更新sList;
当评估客体节点已声明为自私节点时,评估主体节点将自私节点声誉值记录为在该时隙内所设定的信任阈值,直至评估客体节点解除自私行为。
4.如权利要求1所述的一种基于信任机制的无线传感网络节点安全状态评估方法,其特征在于:所述步骤S2中,三种用于搜集声誉值评估信息的途径是:(1)朋友节点推荐:朋友节点通过与评估客体节点交互,如果评估客体节点声誉值高于朋友节点所设定的信任阈值,且完成了协作转发义务,则朋友节点能够信任评估客体节点,提高评估客体节点声誉值,由于信任具有一定传递性,因此评估主体节点也能信任评估客体节点;
(2)中继节点反馈:当中继节点与评估主体节点相遇时,中继节点是消息经评估主体节点与评估客体节点之后的下游节点,如果中继节点最终通过评估客体节点获得消息,则证明评估客体节点履行了协作转发消息的义务;
(3)目的节点反馈:当目的节点接收到消息之后,通过解析通信双方节点签名之后的路由列表rList获悉协作转发该消息的中继节点合法身份;目的节点能够相应提高成功投递消息的中继节点声誉值;此外,目的节点在与其他节点相遇时发送反馈信息,使其他节点相应调整评估客体节点声誉值。
5.如权利要求1所述的一种基于信任机制的无线传感网络节点安全状态评估方法,其特征在于:所述步骤S2中,恶意节点声誉值评估具体方法为:当节点n在时隙stk内与节点m相遇时,如果节点n未识别节点m的自私行为且在网络中首次交互,则节点n将首先视节点m为协作节点,更新节点m在本时隙的推荐系数RC(stk)n,m,计算公式为:其中, 表示节点n在时隙stk内与朋友节点的交互总次数, 表示节点n
在时隙stk内推荐节点m的朋友节点交互次数;由于评估主体节点n无法直接通过与节点m交互量化评估客体节点m的声誉值,节点n需要与中继节点l交互,通过中继节点l的反馈信息确认节点m是否已协作转发了消息,因此确认协作过程需要三方节点共同完成,且三方节点需要两两之间存在一定相遇概率;按照时间顺序由节点n与节点m相遇,到节点m与节点l相遇,再到节点n与节点l相遇的间接相遇概率IP(stk)n,m,l,计算公式为:其中,t(stk)residue表示距离时隙stk结束时刻的时间, 表示节点n与节点m、再与节点l相遇的平均相遇间隔时间;节点m根据在时隙stk内所转发的消息记录向节点n提供转发期望FE(stk)m,证明在本时隙转发消息的能力,计算公式为:其中,j表示在时隙stk内与节点m的某个相遇节点,u表示在时隙stk内节点m的相遇节点residue数量, 表示节点m与节点j的平均转发消息数量,t(stk) 表示距离时隙stk结束的时间, 表示在该时隙内节点m与节点j的平均相遇间隔时间;
根据上述参数,评估主体节点n在时隙stk内计算评估客体节点m的声誉值TR(stk)n,m,计算公式为:其中, 表示评估主体节点n在时隙stk内通过中继节点l反馈的评估客体节点
消息投递数量,∑C(stk)n,m表示节点n在时隙stk内转发至节点m的消息数量,且通常∑C(stk)n,m<FE(stk)m,PL(stk)n,m表示经过目的节点验证未经篡改的消息,此消息是经中继节点l成功投递至目的节点的路由跳数;
通过已量化的声誉值预测下一时隙声誉值:当评估主体节点n在每个时隙结束时刻量化评估客体节点m的声誉值,并利用自回归时间序列模型预测节点m在下一时隙的声誉值,预测公式为:其中,TR(stk)n,m,TR(stk-1)n,m,....,TR(stk-p)n,m为评估主体节点n在时隙stk,stk-1,…,stk-p内对评估客体节点m的声誉值评估,α为自回归时间序列模型参数, 为白噪声序列,且服从均值为0、方差为σ2的正态分布,p为自回归阶次;根据公式(1),由自回归阶次为p,可推导出如下(k-p)个公式,如下公式所示:令 A=[α1 α2…αp-1 αp]T,
则转化为矩阵式为:
TR=BA+u,
采用最小二乘法,从而得出解:
A=(BT·B)-1·BT·TR,
根据H.AKaike信息定阶准则(AIC)确定p的阶数:
其中, 表示评估客体节点声誉值在不同时隙的观察值与预测值之间残差的方差,N表示评估声誉值数量,需要使AIC数值最小的取值即为p的阶数,从而得出评估主体节点n对于评估客体节点m的声誉值评估。