无线网络位置信息安全与定位关键技术的研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kobe20060121
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随着无线通信技术和计算机技术的快速发展,移动自组织网络、物联网等无线网络正被越来越多地应用于科研、工作、生活等诸多方面,这些应用正深刻地改变着人们的社交和生活方式。随着第五代移动通信等技术的快速发展,位置信息在物联网等新兴无线网络中的地位越来越突出,而位置信息的大面积应用也推动了更多网络技术和应用的发展。然而,位置信息的重要性也使得其成为攻击者的首选目标之一,从而对位置信息的可靠性和隐私性带来挑战。另一方面,定位技术的蓬勃发展催生了大量新型应用场景,从而带来了镜像问题和安全问题。论文对无线网络定位和位置信息安全的一些关键技术进行研究,主要包括以下四个方面:首先,论文研究移动自组织网络中的近似距离恶意节点(Similar Distance based Malicious node,SDM节点)攻击(SDM攻击)问题。在近似距离恶意节点攻击中,恶意节点的真实位置和虚假位置(声明位置)距离检测节点的距离可能相同或者近似,从而在某些环境下(例如:稀疏网络)增加了传统位置校验技术检测恶意节点的难度。论文利用接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)和无线电传播不规则性分析恶意节点与合法邻居节点(辅助节点)之间夹角的合理性,在不增加节点硬件开销的情况下实现对稀疏网络节点位置信息攻击的检测。在基于无线电传播不规则性的移动自组织网络位置校验技术(Location Verification System based on Radio Irregularity,LVS-RI)中,检测节点首先向周围节点发送广播信息并要求周围节点回复测量的RSS结果,进而利用这些RSS结果估算待校验节点和辅助节点所在方向不规则系数的差值来判断待校验节点是否提供了虚假位置。由于仅需要一个辅助节点便能检测近似距离恶意节点攻击,因此,LVS-RI也适合于稀疏网络。仿真实验表明,LVS-RI及其连续校验技术((LVS-RI with Sequential Evaluation,LVS-RISE))能有效检测稀疏网络中的近似距离恶意节点攻击,且无需待校验节点与检测节点之外的其他节点通信。其次,论文研究移动自组织网络中的用户端位置隐私保护问题。用户位置隐私可能经由窃听在无线信道中泄露,而现有位置隐私保护技术大多数均无法保留位置信息的可恢复性。论文利用距离和空间隐藏机制对用户的位置进行转换与恢复,从而在保护用户位置隐私的同时保留了原始位置信息的可恢复性。基于距离和空间隐藏的移动自组织网络位置隐私保护(Distance and Spatial Cloaking-based Location Privacy Preservation,DSC-LPP)技术首先根据径向坐标和角坐标将接入点(Access Point,AP)的覆盖范围划分为若干个子空间,然后,用户将自己的位置变换到隐藏空间中成为虚拟位置,并发送给AP;AP或服务器收到用户的虚拟位置后利用测距结果恢复出用户的原始位置。此外,DSC-LPP还通过不同的子空间划分方式建立了冗余校验机制,从而进一步提高了恢复位置的准确性。最后,子空间划分机制也使得DSC-LPP适用于多种不同的环境。理论分析和仿真结果表明,在无需第三方设备的情况下,DSC-LPP能以较低的计算开销和通信开销完成对用户端位置信息隐私的保护,同时保留较高的位置恢复能力。再次,论文研究车联网定位中的镜像(翻转模糊)问题。造成镜像问题的主要原因是邻居节点的位置排列成一条直线或近似直线,因此,这一问题在车联网中更易发生,例如,在车辆较少的十字路口,某辆车的邻居节点可能正好都处于另一条路上,从而近似形成一条(近似)直线,在测距误差的作用下造成镜像问题。论文利用连续RSS(Sequential RSS,S-RSS)测量和自适应搜索区域来减少镜像问题的发生。在基于S-RSS测量和自适应搜索区域的车联网定位中,待定位车辆首先连续广播测距请求,并要求获得足够测距结果的邻居回复所有RSS测量信息、邻居位置及罗盘信息;待定位车辆利用边框定界和罗盘信息判断自己所处的道路区域;其次,基于自适应搜索区域的算法根据各邻居节点回复的信息和待定位车辆的罗盘信息确定自适应搜索区域,并在区域中使用带权搜索算法确定车辆的估计位置。此外,论文还研究如何利用车流量自适应地调节发射功率以提高定位效率。仿真结果表明,基于S-RSS测量和自适应搜索区域的车联网定位能有效降低镜像误差发生的概率和平均定位误差。最后,论文研究可见光定位(Visible Light Positioning,VLP)中的安全问题。在可见光定位中,攻击者可以干扰锚节点的信标,使得用户无法直接收到锚节点的信标,另一方面,攻击者再根据需要将截获到的信标转发给用户,使得用户得到错误的测距结果,从而影响用户的定位结果。论文利用时空关联和双信标耦合机制对信标所披露的信息进行匹配度校验,从而检测攻击。基于时空关联的可见光安全定位(Secure Visible Light Positioning based on Spatial-Temporal Correlation,S-VLP)技术将用户的覆盖范围划分为若干时区,用户首先向锚节点发送定位请求;之后,锚节点根据测距结果确定自己所在的时区及两个耦合信标的发送时间,并在对应的时间发送信标;用户收到信标后根据测距结果推测锚节点所在时区,并将推测结果与信标延迟时间对应的时区进行比较,如果根据测距结果推测的时区与两个信标延迟时间对应的时区都相同,则锚节点通过校验,否则,用户定位时将放弃该锚节点的信标。仿真结果表明,S-VLP能有效降低或消除干扰攻击等伪距攻击对用户定位结果的影响。此外,研究还从理论上说明了在某些情形下,S-VLP能检测到双向干扰和虫洞攻击中的伪坐标攻击。
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