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數(shù)字水印技術(shù)在無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用
無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)將大量微型E+E傳感器節(jié)點(diǎn)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(luò)，實(shí)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(luò)在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)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(luò)涉及到多方面的安全問題，其中不可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸?shù)母兄獢?shù)據(jù)的完整性認(rèn)證與易被竊取的具有商業(yè)價(jià)值的數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)都是不容忽視的安全需求。

數(shù)字水印技術(shù)在無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用
E+E傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)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(luò)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(xué)的手段不能得到良好的應(yīng)用。在多媒體信息領(lǐng)域得到廣泛研究與應(yīng)用的數(shù)字水印技術(shù)通常計(jì)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(shù)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(shí)現(xiàn)認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)，滿足E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全需求。因此的研究對于豐富信息安全理論與技術(shù)，尤其是受限環(huán)境下的數(shù)據(jù)認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)都有著一定的學(xué)術(shù)價(jià)值，在物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的時(shí)代更具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。首先簡要介紹了無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念，并指出當(dāng)前E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)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(rèn)證還主要使用的是以消息認(rèn)證碼為代表的傳統(tǒng)密碼學(xué)方法，版權(quán)保護(hù)的研究更是甚少有文獻(xiàn)涉及。再簡要闡述了的研究所涉及的關(guān)于密碼學(xué)、信息隱藏以及數(shù)字水印的基礎(chǔ)理論知識，比較了E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流與多播數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(luò)的基于數(shù)字水印技術(shù)的認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)方案進(jìn)行了綜述。針對當(dāng)前E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)中的水印方案的不足，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)與安全需求，結(jié)合數(shù)字圖像水印技術(shù)，重點(diǎn)研究了E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于脆弱水印的認(rèn)證方案與基于魯棒水印的版權(quán)保護(hù)方案，提出了①克服分組方案缺點(diǎn)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)個(gè)體的水印認(rèn)證方案，②能夠恢復(fù)原始數(shù)據(jù)的可逆水印認(rèn)證方案，③實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)的1比特魯棒水印方案，并通過理論分析與模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些方案的性能。的主要貢獻(xiàn)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(luò)的認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)。E+E傳感器節(jié)點(diǎn)硬件千差萬別，E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)也不似Internet運(yùn)行相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。首先，在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)，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(yīng)性，尤其適合硬件差別較大的E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)，更能為物聯(lián)網(wǎng)中廣泛存在的各種受限制網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的信息安全提供參考。其次，將網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)抽象為從E+E傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)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(diǎn)而嵌入在匯聚節(jié)點(diǎn)被驗(yàn)證。這為原本多樣的E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的數(shù)字水印應(yīng)用研究提供了便利。②提出了能夠驗(yàn)證數(shù)據(jù)個(gè)體的無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)水印認(rèn)證方案。現(xiàn)有的E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)的水印認(rèn)證方案大都在數(shù)據(jù)組的層級處理數(shù)據(jù)，實(shí)際發(fā)生虛警的數(shù)據(jù)項(xiàng)較多，且數(shù)據(jù)組的魯棒性較差。結(jié)合數(shù)字圖像中定位篡改的水印算法，基于“雙向分散”技術(shù)提出了驗(yàn)證數(shù)據(jù)項(xiàng)個(gè)體的水印方案，并改進(jìn)得到了不分組的水印認(rèn)證方案，克服了分組帶來的諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)項(xiàng)個(gè)體的認(rèn)證，降低了方案的實(shí)際虛警率。③提出了可逆的無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)水印認(rèn)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(yīng)用的需求。結(jié)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(luò)數(shù)據(jù)流相鄰數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，通過擴(kuò)展當(dāng)前數(shù)據(jù)與由前導(dǎo)數(shù)據(jù)得到的預(yù)測值之間的誤差嵌入水印，使得匯聚節(jié)點(diǎn)在提取水印之后還能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。④提出為無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)的1比特魯棒水印方案。

數(shù)字水印技術(shù)在無線E+E傳感器網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用
結(jié)合經(jīng)典的了Patchwork算法，在數(shù)據(jù)流中均勻而偽隨機(jī)地選擇部分?jǐn)?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(jì)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(jià)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(luò)水印方案的性能評價(jià)機(jī)制。通過分析與實(shí)驗(yàn)，建立了由漏檢率、虛警率、魯棒性、開銷、服務(wù)質(zhì)量共同構(gòu)成的評價(jià)體系，并根據(jù)這些指標(biāo)對提出的所有水印方案進(jìn)行了分析與模擬實(shí)驗(yàn)。