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        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護技術(shù)分析

        2018-12-21 21:23:46趙立新三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院
        數(shù)碼世界 2018年2期
        關(guān)鍵詞:位置服務(wù)攻擊者數(shù)據(jù)包

        趙立新 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院

        前言:信息化時代,人們對于信息服務(wù)有著相當嚴格的要求,必須能夠在任何時間地點,借助任何設(shè)備來實現(xiàn)對任何內(nèi)容的查詢,使得通信設(shè)備越發(fā)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和小型化。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),充分滿足了信息時代背景下人們的信息服務(wù)需求,打破了傳統(tǒng)通信與地點固定連接的模式,也使得移動信息服務(wù)成為可能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的位置服務(wù)對于社會發(fā)展和經(jīng)濟運作模式產(chǎn)生了不容忽視的影響,滲透到了人們工作與生活的各個方面,不過,在使用位置服務(wù)的同時,用戶本身的位置信息同樣可能暴露,增加了個人隱私泄露的風(fēng)險。

        1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于一種任務(wù)型網(wǎng)絡(luò),其本身面向應(yīng)用,具備數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)傳輸功能,能夠有效滿足信息時代人們對于信息服務(wù)的特殊需求,也在一定程度上對人類認知世界的能力進行了拓展。低功耗、低成本以及可擴展性等優(yōu)點使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于交通運輸管理、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、安全監(jiān)管等領(lǐng)域,發(fā)展前景廣闊。最近幾年,以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為依托,位置服務(wù)取得了相當顯著的成果,對于人們的生活習(xí)慣乃至思維方式都產(chǎn)生了不容忽視的影響,受到了社會各界的廣泛關(guān)注。例如,結(jié)合電子地圖的位置服務(wù),人們可以查詢最近的超市、車站等,找到去往目標點的最近路線;在交通運輸行業(yè),位置服務(wù)保證了物流配送管理的有效性,實現(xiàn)了對于產(chǎn)品運輸全過程的跟蹤定位。

        不過,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身采用的無線多跳通信很容易引發(fā)位置信息的泄漏,繼而引發(fā)嚴重后果。例如,智能交通為人們的日常出行提供了很大便利,但是通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析,攻擊者能夠得到用戶的行為習(xí)慣和生活規(guī)律等隱私;國防軍事領(lǐng)域,位置信息一旦泄露,可能造成的危害更是無法預(yù)測?;诖耍嚓P(guān)技術(shù)人員需要切實做好無線傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護技術(shù)的研究,確保在滿足用戶信息服務(wù)需求的基礎(chǔ)上,面向不同的位置信息攻擊和竊取方式,運用虛假通信、路徑偽裝、匿名技術(shù)等,對真實的通信模式進行隱藏和保護,以避免敏感位置信息的泄漏,在這個過程中,還需要盡量提升數(shù)據(jù)查詢的效率和精度,降低通訊時延以及網(wǎng)絡(luò)能耗。

        2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護技術(shù)

        2.1 內(nèi)涵

        最近幾年,GPS、GIS等技術(shù)的普及使得空間定位技術(shù)得到了飛速發(fā)展,位置服務(wù)也因此受到了越來越多的關(guān)注,在這種情況下,用戶個人的位置信息逐漸從隱性屬性轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性屬性,原本屬于個人隱私的位置信息也面臨著各種各樣的安全威脅,因此,想要確保位置服務(wù)的有效性,需要首先做好位置隱私保護工作。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,位置隱私保護主要是通過先進技術(shù)與可靠方法,針對網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的位置隱私進行保護,做好位置服務(wù)使用過程中的位置隱私保護問題工作,避免用戶個人隱私的泄露。

        2.2 問題

        事實上,當人們使用位置服務(wù)時,位置服務(wù)本身就可能導(dǎo)致用戶位置隱私的泄露,而電磁信號通信的方式也使得攻擊者很容易對信號進行截取,結(jié)合一些公開信息完成對具體用戶的精確定位,使得用戶遭遇安全威脅。從目前來看,在位置服務(wù)中,存在的攻擊方式有幾種,一是背景知識攻擊,攻擊者可以結(jié)合自身掌握的知識和技能,對位置服務(wù)用戶的身份信息進行推斷,然后搜集其他隱私;二是樣本同質(zhì)攻擊,在匿名區(qū)域內(nèi),位置服務(wù)類型相對較少,當用戶發(fā)起信息查詢時,攻擊者能夠輕易確定用戶的興趣愛好;三是異常值攻擊或者說查詢樣本攻擊,這里的異常值指分布在郊區(qū)等稀疏環(huán)境下的用戶,由于匿名區(qū)域較大,攻擊者通過異常值攻擊,能夠輕易確定位置信息,并將之與用戶身份進行綁定。除上述攻擊外,針對用戶位置隱私的攻擊還包括了中心位置攻擊、查詢追蹤攻擊、軌跡攻擊等,無論哪種攻擊,都可能給用戶的隱私信息以及個人安全造成嚴重威脅。

        基于此,相關(guān)技術(shù)人員就位置隱私保護開展了大量研究,也取得了較為顯著的成果,但是在位置隱私保護中,依然存在有兩種矛盾沖突,一是位置隱私度與服務(wù)質(zhì)量的矛盾。若位置隱私度要求高,則匿名區(qū)域會變大,位置服務(wù)提供商僅能得到非常模糊的用戶位置,從而導(dǎo)致檢索結(jié)果與用戶需求存在較大差異;反之,若用戶提供的位置信息接近真實位置,隱私度要求不高,則位置服務(wù)提供商得到的用戶信息幾乎完全真實,檢測結(jié)果的精度更高,用戶位置也更容易泄漏。因此,從研究人員的角度,如何實現(xiàn)位置隱私度與服務(wù)質(zhì)量的相對平衡,在保證用戶位置隱私的同時提供更加可靠的位置服務(wù),是一個需要深入研究的問題;二是位置隱私與個性化需求的矛盾。不同的用戶在使用位置服務(wù)時有著不同的需求,對于位置隱私度的要求同樣有所差異,并沒有相對統(tǒng)一的保護界限,如何通過個性化隱私度的設(shè)置,實現(xiàn)對于用戶的位置隱私保護,同樣是一個必須重視的內(nèi)容。

        2.3 技術(shù)

        2.3.1 路徑偽裝策略

        路徑偽裝,指在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,開展數(shù)據(jù)傳輸不再以最短路徑為優(yōu)先選擇,而是選擇一條或多條偽裝路徑來延長位置隱私保護周期。在實際操作中,路徑偽裝策略存在兩種不同機制,一是多路徑機制,當攻擊者開展逐跳回溯追蹤時,想要對源節(jié)點進行準確定位,必須就同一路徑上傳輸?shù)囊幌盗袛?shù)據(jù)包進行全部追蹤,而這些數(shù)據(jù)包的數(shù)量受攻擊者與源節(jié)點之間距離以及其攻擊范圍的影響。在多路徑機制中,源節(jié)點對于數(shù)據(jù)包的傳輸是從數(shù)條備用路徑中隨機選擇,會形成多個不同路徑,從而導(dǎo)致監(jiān)聽難度的增大。在相關(guān)研究中,可以利用RP和WRS實現(xiàn)對局部攻擊者逐跳回溯追蹤的應(yīng)對,利用WRSE實現(xiàn)對全局攻擊者流量分析攻擊的應(yīng)對,前者可以避免路徑設(shè)置過程的相交問題,擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,路徑選擇概率與路徑程度成正比,不過其本身依然可能導(dǎo)致節(jié)點相對位置的泄漏。WRS算法的引入很好地解決了這一問題。后者以多路徑機制為基礎(chǔ),增加了間隙式數(shù)據(jù)發(fā)送以及虛假信息機制,可以產(chǎn)生攻擊誤導(dǎo)和防范的效果;二是隨機游走機制,洪范就是其中的一種特殊形式,不過考慮單純隨機游走的缺陷,這里對其進行改進,以保證通信的質(zhì)量。以Xi等人的研究為例,其將GROW協(xié)議引入了隨機游走機制中,通過源節(jié)點與基站的同時游走,將目的節(jié)點設(shè)定為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同一個代理節(jié)點,然后通過兩條游走路徑的組合,對源節(jié)點到基站節(jié)點的隨機游走路徑進行明確,配合布隆過濾器,有效避免了路由環(huán)路問題,保護強度高,能耗低,具備良好的可行性和可靠性。

        2.3.2 陷阱誘導(dǎo)策略

        陷阱誘導(dǎo),指在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置虛假數(shù)據(jù)源、路由環(huán)路等陷阱并將攻擊者引入其中,使得其在虛假源節(jié)點長時間停留。策略實現(xiàn)的方法有兩種,一是虛假數(shù)據(jù)源,在SLFSR(基于虛假數(shù)據(jù)源的源位置隱私保護協(xié)議)中指出,節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)包后,有一定幾率形成虛假數(shù)據(jù)包并向相鄰節(jié)點發(fā)送,然后被其丟棄,而通過對虛假數(shù)據(jù)包形成幾率的調(diào)節(jié),能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)功耗及位置隱私保護強度的平衡。后續(xù)研究人員以此為基礎(chǔ),提出了PFSR協(xié)議,將被動形成虛假數(shù)據(jù)包的機制變成了主動發(fā)送,借此形成虛假數(shù)據(jù)源來對真實源節(jié)點的位置隱私進行保護;二是環(huán)路陷阱,通過在網(wǎng)絡(luò)中增加路由環(huán)路的方式,將攻擊者引入其中,使得其不斷重復(fù)監(jiān)聽-移動過程,只有具備環(huán)路檢測功能同時回到環(huán)路起始節(jié)點后,攻擊者才可能發(fā)現(xiàn)自身處于陷阱中。

        2.3.3 通信控制策略

        通信控制強調(diào)對網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進行修改,對通信模式進行調(diào)整,避免攻擊者獲取敏感信息,其本身采用的機制包括了跨層路由、定向通信、網(wǎng)絡(luò)編碼、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)等。這里以定向通信機制為例進行簡單分析,通過在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置定向天線,可以進行數(shù)據(jù)定向發(fā)送,降低被監(jiān)聽和追蹤的概率,同時可以增大全局監(jiān)聽難度。從降低無線通信網(wǎng)能耗的角度,相關(guān)文獻提出了一種基于熵的信息壓縮方法,當被監(jiān)測事物出現(xiàn)變化時,會進行數(shù)據(jù)上傳,以此來代替周期性數(shù)據(jù)傳輸模式,經(jīng)過實踐,可以有效解決位置隱私保護強度與網(wǎng)絡(luò)能搞之間的平衡問題。

        3 結(jié)束語

        總而言之,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普及,帶動了人們生活方式和思維方式的轉(zhuǎn)變,基于位置的服務(wù)也為人們的日常工作生活提供了巨大便利,推動了信息化時代的進一步發(fā)展。不過,在位置服務(wù)中,存在著位置信息泄露的風(fēng)險,可能對用戶的財產(chǎn)安全和人身安全造成威脅,需要相關(guān)技術(shù)人員和研究人員的重視,對無線傳傳感器網(wǎng)絡(luò)位置隱私保護問題進行深入分析,采取切實可行方法和技術(shù),實現(xiàn)對于位置隱私的有效保護,保證用戶的個人隱私安全。

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