無線傳感器網(wǎng)絡安全技術(shù)

尤瑞楠

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡作為一種相對較新的網(wǎng)絡技術(shù)，能在許多方面發(fā)揮出自己的獨特作用，但因為對技術(shù)基礎的要求非常高，所以長期以來其應用領(lǐng)域一直被局限在軍事上。近些年來，隨著技術(shù)的進步，這種網(wǎng)絡技術(shù)的應用領(lǐng)域逐漸拓展，在多個民用領(lǐng)域也得到了一定的普及。文章以無線傳感器網(wǎng)絡的概念特征和應用特征為基礎，分析了該網(wǎng)絡在安全技術(shù)方面的常見問題，并提出了目前主要的5種安全防護措施，希望有助于相關(guān)研究運用的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；安全技術(shù)；技術(shù)應用

無線傳感器網(wǎng)絡的民用化進程近些年來顯著加快，其應用安全問題也越來越為人們所關(guān)注。但從現(xiàn)狀來看，相關(guān)安全技術(shù)的實際應用并不理想，以目前對無線傳感器網(wǎng)絡應用較多的醫(yī)療領(lǐng)域為例，網(wǎng)絡滯澀現(xiàn)象非常嚴重，物理損壞率很高，實際運作的可用網(wǎng)絡空間與節(jié)點往往不足50%，安全問題導致了應用能效的極大下降。因此文章將針對這種特殊網(wǎng)絡的常見安全技術(shù)問題加以分析并探析其安全技術(shù)的發(fā)展方向。

1無線傳感器網(wǎng)絡概述

無線傳感器網(wǎng)絡是一種以大量的外部傳感器作為末梢的分布傳感網(wǎng)絡，這些傳感器可以以無線的方式進行外部通信。由于網(wǎng)絡靈活性非常高，而且三次元涵蓋面極廣，所以被認為在軍事上有很大的發(fā)展?jié)摿?，近些年來更進一步進行了大量的民用應用研究。但民間的技術(shù)力畢竟與軍方有一定的差距，所以無線傳感器網(wǎng)絡在民用領(lǐng)域的應用推廣面臨了一系列的困難，安全技術(shù)問題正是其中一例。

2無線傳感器網(wǎng)絡在安全上的技術(shù)問題

2.1安全機制缺失問題

雖然無線傳感器網(wǎng)絡近些年的民用發(fā)展很快，但從總體水平來看仍遠不及普通網(wǎng)絡，在諸多方面都存在著一定的局限性，比如后文將要說明的節(jié)點能量、通信穩(wěn)定性等。在這種情況下，很難系統(tǒng)性地構(gòu)建完整的安全防護機制，因此目前的安全措施大多是分散的、階段性的，只針對無線傳感器網(wǎng)絡中的個別節(jié)點，所以不僅漏洞很多，而且有效性也難以保障，安全隱患擴散的幾率相當高。

2.2節(jié)點能量限制問題

無線傳感器的網(wǎng)絡節(jié)點通常具有小型化、廣域化特征，所以一旦部署完畢，不僅難以更換，而且充電也很困難。可另一方面，無線網(wǎng)絡設備中有相當一部分屬于高能耗設備，對能量的需求量非常大，這樣一來容量小、充電困難的網(wǎng)絡節(jié)點很難滿足長效的能量需求。這種能量限制不僅會阻礙無線傳感器網(wǎng)絡通訊功能的進一步發(fā)展，而且會對安全技術(shù)的應用造成一定的負面影響。因為目前常用的安全算法中，有相當一部分會消耗大量的能量，在節(jié)點能量的限制下，這些安全算法無法使用，需要研究新的節(jié)能型安全算法。

2.3節(jié)點組織隨機問題

無線傳感器網(wǎng)絡的構(gòu)成基礎是大量成規(guī)模的傳感器，這些傳感器的布置往往存在很強的自發(fā)性，而不是根據(jù)系統(tǒng)化、規(guī)范化的章程制度加以布置，在這種情況下，節(jié)點組織在布置上的隨機性無法避免。這種隨機性令安全技術(shù)在應用上面臨很大的困難，因為節(jié)點位置隨機，所以無法進行先期預知，先期安全防護自然無法實現(xiàn)，導致了節(jié)點安全防護的滯后性。

2.4節(jié)點物理安全問題

由于節(jié)點較小，所以在無線傳感器網(wǎng)絡中時常會產(chǎn)生被俘節(jié)點，這是一種物理安全問題。為了保證網(wǎng)絡整體的運作效率，當被俘節(jié)點產(chǎn)生時，有必要迅速對其進行檢測和拆除，否則被俘節(jié)點造成的安全隱患有進一步擴大化的可能。但目前來看，我們?nèi)匀狈Φ谝粫r間發(fā)現(xiàn)和拆除被俘節(jié)點的有效手段，而且拆除被俘節(jié)點這個行為本身也有可能令安全隱患發(fā)生擴散。

2.5通信穩(wěn)定低下問題

使用無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)的通信屬于一種無線通信，所以本身就具有無線通信固有的諸多通信不穩(wěn)定特征，比如無線信道不穩(wěn)、節(jié)點并發(fā)沖突等。此外，這種特殊的網(wǎng)絡還具有自身獨有的一些通信穩(wěn)定性問題，例如，由于該類網(wǎng)絡中多條路由同時存在，所以延遲性很強，在傳輸信息時，個別信息被攔截或者泄漏的可能性很高，在這種情況下，網(wǎng)絡通信的安全性與穩(wěn)定性都受到很大的負面影響。

3無線傳感器網(wǎng)絡在安全上的技術(shù)措施

3.1通過密碼技術(shù)保障網(wǎng)絡安全

在無線傳感器網(wǎng)絡的安全保障措施中，密碼技術(shù)是較為傳統(tǒng)也較為常規(guī)的一種。這種技術(shù)通過建立密鑰來構(gòu)成網(wǎng)絡安全機制，通常情況下代碼和數(shù)據(jù)的長度越長，防護等級越高，但這兩項參數(shù)的長度增加會導致處理時間延長、能耗增大，進而令無線傳感器網(wǎng)絡的運作能效降低，所以在實際應用時要注意網(wǎng)絡的基礎條件，平衡安全防護能力和實際應用性。

3.2通過安全路由保障網(wǎng)絡安全

通常情況下，路由只追求效率和能耗兩大指標，對安全防護方面的要求比較低，在普通網(wǎng)絡中，路由安全問題相對較少，但無線傳感器網(wǎng)絡由于具有多路由延遲，所以路由安全風險非常高。為此，安全路由技術(shù)被作為一種網(wǎng)絡安全保障措施引入，具體來說，就是應用多種安全路由協(xié)議對多路徑下的路由風險進行防范或者危害限制。

3.3通過密鑰管理保障網(wǎng)絡安全

密鑰管理是另一種網(wǎng)絡安全保障技術(shù)，嚴格來說，這種安全技術(shù)是從屬于密碼技術(shù)的，是對密碼技術(shù)中所創(chuàng)立的密鑰采取的安全管理措施。需要注意的是，雖然普通網(wǎng)絡已經(jīng)有了較為完善的密鑰管理技術(shù)，但是在網(wǎng)絡拓撲嚴重不穩(wěn)定的無線傳感器網(wǎng)絡中，這種傳統(tǒng)技術(shù)的應用適性很低，所以目前使用的大多是針對無線傳感器網(wǎng)絡特征開發(fā)的特殊密鑰管理技術(shù)，比如預共享密鑰模型等。

3.4通過入侵檢測保障網(wǎng)絡安全

以密碼技術(shù)為基礎構(gòu)建的安全防護機制有一定的缺陷，具體來說，雖然可以對外來節(jié)點入侵加以識別，但對被捕獲節(jié)點的入侵識別是做不到的。為此，相關(guān)人士研究了入侵監(jiān)測技術(shù)，嘗試通過SEF機制來識別網(wǎng)絡中的虛假數(shù)據(jù)，用鄰接節(jié)點評價機制來識別惡意節(jié)點。這兩種入侵檢測技術(shù)可以通過密碼以外的技術(shù)進行被俘節(jié)點的檢測，但相對的需要消耗更多的能量，所以在應用上仍待完善。

3.5通過數(shù)據(jù)融合保障網(wǎng)絡安全

無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)大多是融合后使用的，但由于聚合數(shù)據(jù)中有可能存在虛假數(shù)據(jù)，所以最終融合值的安全性難以保障，在這種情況下我們需要安全融合措施。具體來說，一方面要借助上文所述的入侵檢測技術(shù)分析和識別惡意節(jié)點，另一方面要訂立安全評估用的數(shù)學框架，以對數(shù)據(jù)融合過程進行安全評價，規(guī)避惡意數(shù)據(jù)的干擾。

4結(jié)語

總體來說，無線傳感器網(wǎng)絡目前的安全技術(shù)研究比較繁雜，各種技術(shù)理論和安全應用策略層出不窮，這些安全技術(shù)的應用適性和應用條件各有差異，在實際應用時應結(jié)合網(wǎng)絡的實際情況選擇適性最高的技術(shù)進行應用發(fā)展。需要注意的是，從目前的技術(shù)水平來看，無線傳感器網(wǎng)絡的硬件功能不夠完善，這是目前導致各項安全問題與應用能效低下的最根本原因。文章所提出的諸多措施雖然能在現(xiàn)有技術(shù)層面上提高無線傳感器網(wǎng)絡的安全性，但能效依然是比較有限的，只要硬件功能不改善，各項安全隱患就依然存在。因此，盡快針對無線傳感器網(wǎng)絡的硬件進行優(yōu)化，開發(fā)出高強度、高容量、低能耗的網(wǎng)絡元件，才是提高網(wǎng)絡安全水平與運作能效的根本性措施。