基于信任機制的Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全路由方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于信任機制的Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全路由方法。

背景技術(shù)：
Adhoc網(wǎng)絡(luò)是由一組無線移動節(jié)點組成的，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點同時具備了主機和路由器的功能，不僅能完成自身的通信而且還能為其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，因此不僅被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，在日常生活中也發(fā)揮了很大的作用，比如在條件惡劣，地理位置復(fù)雜的區(qū)域搭建通信網(wǎng)絡(luò)。移動自組網(wǎng)具有自組織性，動態(tài)性，多跳性，無線性，分布性，終端受限性，安全脆弱性等特點。而在實際中，該網(wǎng)絡(luò)還面臨許多挑戰(zhàn)和問題，主要包括有限的能量問題，通信帶寬問題，網(wǎng)絡(luò)的安全性問題，以及網(wǎng)絡(luò)的可擴展可恢復(fù)性問題等。其中，安全問題備受關(guān)注，主要體現(xiàn)在：(1)環(huán)境問題。開放共享的環(huán)境存在潛在的不安全性，這使得移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)比傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)更容易遭受竊聽、假冒等惡意攻擊。同時，由于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點處于動態(tài)變化中，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)也不斷發(fā)生變化，因此，原有的針對靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的安全保護方案不再適用。(2)資源問題。由于Adhoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能量有限，內(nèi)存空間有限，帶寬有限，CPU運算能力也有限，因此對于一些有效復(fù)雜的安全解決方案無法實現(xiàn)。而且，由于無法使用防火墻等外部保護措施，網(wǎng)絡(luò)更加脆弱。(3)自身問題。由于Adhoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點既作為路由器也作為主機，因此各個節(jié)點運行各自的路由算法，一個節(jié)點的不安全直接威脅到整個網(wǎng)絡(luò)的不安全性。因此，雖然移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)迅速靈活、抗毀性強等眾多優(yōu)點，但其自身固有的無線性、動態(tài)性、自組織性、資源受限性等特點卻使它具有安全脆弱性。當前，安全問題已成為Adhoc網(wǎng)絡(luò)面臨的一項嚴峻挑戰(zhàn)。在Adhoc網(wǎng)絡(luò)的安全問題中，最重要的是路由協(xié)議的安全問題。由于各種潛在安全威脅的存在，同時也由于路由協(xié)議設(shè)計上的漏洞，路由協(xié)議極易遭受惡意節(jié)點的破壞攻擊。Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中面臨的最常見的安全攻擊主要包括黑洞攻擊，DoS攻擊和序列號攻擊。黑洞攻擊中惡意節(jié)點故意稱自己有到某一節(jié)點的最短路徑，故而誘使其他節(jié)點與其建立連接，待接收到數(shù)據(jù)后惡意節(jié)點并不對數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)而是直接丟棄。DoS攻擊，是通過消耗殆盡節(jié)點所有可用的資源，并致其癱瘓，使正常的請求不能完成的攻擊。序列號攻擊是惡意節(jié)點通過將序列號增大以獲取網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，從而進行惡意行為的攻擊。因此，當下需要迫切解決的一個技術(shù)問題就是：如何能夠創(chuàng)新的提出一種有效的措施，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，滿足實際應(yīng)用的更多需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述問題中存在的不足之外，本發(fā)明提供一種基于信任機制的Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全路由方法，有效降低網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能耗，提高網(wǎng)絡(luò)性能同時能夠抵抗網(wǎng)絡(luò)中的安全攻擊，保證網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的安全運作。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于信任機制的Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全路由方法，包括：對信任進行定義，并獲取信任涉及的屬性，對屬性進行量化和評估；綜合獲取節(jié)點的總信任值；所述總信任值是對量化后的屬性值的綜合；對網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的狀態(tài)以及行為進行監(jiān)測記錄網(wǎng)絡(luò)，并提供節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)信息；監(jiān)測鄰居節(jié)點當前狀態(tài)，并判斷該節(jié)點是否有能力參與路由；獲取、計算以及更新節(jié)點的信任值；提供路由協(xié)議內(nèi)部的消息格式，路由策略以及路由工作過程；分析并驗證上述路由的安全性與性能。進一步的，所述信任涉及的屬性包括節(jié)點的歷史信任屬性，節(jié)點的推薦信任屬性和節(jié)點的當前屬性。進一步的，所述歷史信任屬性包括節(jié)點的有效性，節(jié)點的穩(wěn)定性和歷史行為的時間衰減因子。進一步的，所述節(jié)點的有效性使用激勵和懲罰機制表示。進一步的，所述節(jié)點的穩(wěn)定性使用平均相遇時長表示。進一步的，所述信任的推薦信任屬性使用節(jié)點之間的相似度進行運算。進一步的，所述信任的當前屬性是對節(jié)點當前能力的判斷，當前屬性包括節(jié)點的剩余電量，內(nèi)存大小，CPU處理能力以及通信帶寬，四個因素各自分配權(quán)值，獲取對節(jié)點能力的數(shù)值表示。進一步的，所述方法抵抗的安全攻擊包括黑洞攻擊，DoS攻擊和序列號攻擊。進一步的，所述方法中對性能的驗證包括三個指標，分組交付率，端到端時延以及路由開銷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本方法中采用信任評價機制保證Adhoc網(wǎng)絡(luò)中路由的安全，信任評價機制中考慮的信任屬性涵蓋因素較多，而且對各個屬性的量化和評估符合實際，比較合理，信任評價機制中對惡意節(jié)點的處理使得該機制能夠快速發(fā)現(xiàn)惡意節(jié)點以避免安全攻擊，TBSRA安全路由方法中反饋模塊使得節(jié)點在路由過程中能了解其鄰居節(jié)點的能力，從而進行更優(yōu)的路由選擇，TBSRA安全路由方法中通過建立多條備選路由為節(jié)點提供更佳的路由選擇，同時，在鏈路斷開時，使用備選路由能減少路由開銷，TBSRA安全路由方法可抵抗安全攻擊，包括黑洞攻擊，DoS攻擊，序列號攻擊以及部分自私行為，保證了安全性，TBSRA安全路由方法在保證分組交付率等性能后，降低了路由的開銷，減少了節(jié)點的能耗。其主要是由于路由過程中選擇的節(jié)點是信任度高且有能力的。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于信任機制的Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全路由方法的流程示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖與實例對本發(fā)明作進一步詳細說明。但所舉實例不作為對本發(fā)明的限定。首要介紹的本發(fā)明的思路是：提出一種綜合的信任評價方法，包括提出信任的定義，獲取信任的各個屬性，量化各個屬性，綜合獲取總體信任值。然后，基于此信任評價機制，提出一種Adhoc網(wǎng)絡(luò)中的安全路由方法，該方法能實現(xiàn)路由協(xié)議的安全性和高性能。如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于信任機制的Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全路由方法的流程示意圖，包括：步驟S101，對信任進行定義，并獲取信任涉及的屬性，對屬性進行量化和評估；其中，信任是一個實體(主體subject)對另一個實體(客體object)的主觀推斷，該推斷基于客體的過往行為以及主體對客體當前能力的認知。主體對客體的信任程度用信任值來表示，信任值是一個量化的連續(xù)的實數(shù)值。信任值越大，則可表示該客體越可信，反之越不可信。信任涉及的屬性包括節(jié)點的歷史信任屬性，節(jié)點的推薦信任屬性和節(jié)點的當前屬性。其中，節(jié)點的歷史信任屬性取決于節(jié)點的有效性，節(jié)點的穩(wěn)定性以及歷史行為的時間衰減程度。節(jié)點的推薦信任屬性是第三方節(jié)點對本身節(jié)點的信任評估，是節(jié)點獲取信任的二手信息。節(jié)點的當前屬性是根據(jù)節(jié)點當前所處的狀態(tài)以判斷節(jié)點是否有能力的屬性，主要考慮節(jié)點的剩余電量，內(nèi)存大小，CPU處理能力以及通信帶寬。信任的這些屬性被量化后，根據(jù)各個屬性的重要程度，將這些屬性綜合起來獲取到節(jié)點的總體信任值。步驟S102，綜合獲取節(jié)點的總信任值；所述總信任值是對量化后的屬性值的綜合；步驟S103，對網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的狀態(tài)以及行為進行監(jiān)測記錄網(wǎng)絡(luò)，并提供節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)信息；步驟S104，監(jiān)測鄰居節(jié)點當前狀態(tài)，并判斷該節(jié)點是否有能力參與路由；步驟S105，獲取、計算以及更新節(jié)點的信任值；步驟S106，提供路由協(xié)議內(nèi)部的消息格式，路由策略以及路由工作過程；本發(fā)明中提出的安全路由方法，這里稱為TBSRA，即TrustBasedSecureRoutingApproach。TBSRA路由方法中通過監(jiān)測記錄網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的狀態(tài)以及行為，為其他模塊提供節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)信息，有助于及時監(jiān)測到惡意節(jié)點。并根據(jù)對鄰居節(jié)點當前狀態(tài)的監(jiān)測判斷該節(jié)點是否有能力參與路由。進行節(jié)點信任值的獲取、計算和更新。提供路由協(xié)議內(nèi)部的消息格式，路由策略以及路由工作過程。進一步介紹的，TBSRA路由方法主要分為四個模塊，包括監(jiān)測模塊，反饋模塊，信任模塊和路由模塊。其中，監(jiān)測模塊用來監(jiān)測記錄網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的狀態(tài)以及行為，為其他模塊提供節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)信息，有助于及時監(jiān)測到惡意節(jié)點。反饋模塊根據(jù)對鄰居節(jié)點當前狀態(tài)的監(jiān)測判斷該節(jié)點是否有能力參與路由。信任模塊主要完成節(jié)點信任值的獲取、計算和更新。路由模塊包括路由協(xié)議內(nèi)部的消息格式，路由策略以及路由工作過程。步驟S107，分析并驗證上述路由的安全性與性能。具體實踐中通過分析，驗證TBSRA的安全性與性能。通過定性和定量的分析確定TBSRA可以抵抗安全攻擊，而且能保證它的性能，同時降低能耗。本發(fā)明的目的是提出一種基于信任機制的Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全路由方法，通過本發(fā)明提出的方法可以抵抗網(wǎng)絡(luò)中的多種安全攻擊，同時該方法在網(wǎng)絡(luò)中造成的網(wǎng)絡(luò)開銷較小，且能維持較高性能。TBSRA安全路由方法中的監(jiān)測模塊：TBSRA中的監(jiān)測模塊作用于TBSRA路由的各個階段，當一個節(jié)點將信息傳輸給鄰居節(jié)點時，該模塊會觀察鄰居節(jié)點是否會繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)消息。同時，通過該模塊長期對鄰居節(jié)點的觀察，來記錄鄰居節(jié)點的行為。同時，使用定時器，在規(guī)定的時間內(nèi)，若節(jié)點沒有完成轉(zhuǎn)發(fā)功能，則可判定消息轉(zhuǎn)發(fā)失敗，報文丟失。監(jiān)測模塊還獲取鄰居節(jié)點的狀態(tài)，包括監(jiān)測鄰居節(jié)點的當前剩余電量，當前的內(nèi)存使用大小，CPU占用率，還有節(jié)點的通信帶寬。TBSRA安全路由方法中的反饋模塊：通過監(jiān)測模塊對鄰居節(jié)點的實時監(jiān)測，可獲取鄰居節(jié)點的當前屬性。被監(jiān)測的信息包括鄰居節(jié)點的當時剩余電量，表示為e，內(nèi)存占用率，表示為m，CPU使用率，表示為p，通信帶寬，表示為b。這些信息用小數(shù)表示。為這四個因素分配各自的權(quán)值，可獲取該鄰居節(jié)點的能力，用θ表示，θ＝w1×e+w2×m+w3×p+w4×b其中，公式中w1，w2，w3和w4的取值，根據(jù)其重要程度分別可取0.4，0.15，0.3，0.15，因此可求得表示節(jié)點能力的θ，0<θ<1,θ越大表示節(jié)點越有能力參與報文傳輸轉(zhuǎn)發(fā)。因此θ可作為節(jié)點獲取到的其鄰居節(jié)點的能力的反饋。根據(jù)該反饋值判斷，如果0<θ<0.3，則表示節(jié)點沒有能力；如果0.3<＝θ<0.5，則表示節(jié)點有能力，可選擇是否參與路由；如果0.5<＝θ<＝1，則表示節(jié)點必須參與路由。這里若已經(jīng)判斷出節(jié)點沒有能力參與路由，則該節(jié)點不參與以下的路由過程，避免不必要的能量消耗。TBSRA安全路由方法中的信任模塊：在計算節(jié)點的信任值之前，首先需要對各個屬性進行量化，量化方式如下：(1)節(jié)點的有效性節(jié)點的有效性是指節(jié)點能否實現(xiàn)有效的報文轉(zhuǎn)發(fā)。當節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文成功時，對該節(jié)點進行獎勵，提高信任值；否則進行嚴懲，大大降低信任值。因此，可用激勵和懲罰函數(shù)來反應(yīng)有效性，成功時選擇激勵函數(shù)1+2α，失敗時選擇懲罰函數(shù)(1-2α)β。其中，1-2α<1，而β>1。(2)節(jié)點的穩(wěn)定性節(jié)點的穩(wěn)定性使用平均相遇時長表示，即從節(jié)點相遇開始，停留在對方探測范圍內(nèi)的平均時長。使用節(jié)點的初始相遇時刻，節(jié)點的終止相遇時刻以及節(jié)點的相遇次數(shù)來表示，使用三元式表示為(starttime,endtime,record)，當網(wǎng)絡(luò)中存在移動的節(jié)點時，從開始時刻ts到當前的時刻tc這段時間內(nèi)，根據(jù)兩個節(jié)點相遇的情況來計算平均相遇時長，設(shè)在這段時間內(nèi)兩節(jié)點相遇(彼此進入對方的探測范圍)次數(shù)為nij，從ts到tc時間內(nèi)節(jié)點i與j每次相遇的平均時長用E表示，則節(jié)點的穩(wěn)定性可表示為。其中在某一時刻節(jié)點i與j如果相遇則μij取值為1，否則取值為0。(3)時間衰減歷史信任值的可參考性隨著時間而衰減，距離最近節(jié)點發(fā)生交互行為的時間越久，以往歷史記錄的信任值的參考性越小。用TF(k)表示時間衰減函數(shù)：TF(k)＝δn-k因此，節(jié)點i對節(jié)點j的歷史信任值Td(I,j)為：除了節(jié)點的歷史信任值，信任值的計算還需要考慮節(jié)點的推薦信任值以及節(jié)點的能力值θ。節(jié)點的推薦信任值表示為Tr(i,j)，因此，可獲取節(jié)點的推薦信任值為：其中，節(jié)點i與節(jié)點k有n個共同鄰居節(jié)點，用集合U表示，其中每個節(jié)點用u表示，則因此，獲取到的節(jié)點的總信任值為Th(i,j)＝wd×Td(i,j)+wr×Tr(i,j)，這里取wd＝0.7，而wr＝0.3.根據(jù)以上描述，可獲取一個節(jié)點對鄰居節(jié)點的信任值，因此在路由選擇的時候，依據(jù)此信任值進行判斷。TBSRA安全路由方法中的路由模塊：當節(jié)點需要傳輸數(shù)據(jù)時，首先判斷節(jié)點本地是否存在到目的節(jié)點的路由，如果不存在，則開始建立多條備選路由，并選擇最佳的路由路徑，選定路徑后開始進行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點會監(jiān)聽下一跳鄰居節(jié)點是否完全接收到數(shù)據(jù)，如果成功完成數(shù)據(jù)的傳輸，則將該節(jié)點的succ進行加1操作，否則，判斷本節(jié)點的resend是否為0，如果是0，則表示節(jié)點可重傳數(shù)據(jù)給下一跳節(jié)點，此時，如果下一跳節(jié)點依然沒有完全接收數(shù)據(jù)，則將本節(jié)點的fail置為1，標記這個鄰居節(jié)點可能是惡意節(jié)點，然后更新對該鄰居節(jié)點的信任值。選擇最佳的時候，比較備選路由和節(jié)點存儲的路由條目中的因素，包括目的節(jié)點序列號，路由信任度，跳數(shù)，按照順序依次進行比較，目的節(jié)點序列號大，路由信任度高，跳數(shù)小的被選擇用來更新路由。具體實現(xiàn)中，假設(shè)源節(jié)點S尋找到達目的節(jié)點D的路由路徑，在D節(jié)點處收到兩個RFEQ消息，產(chǎn)生了兩條備選路由，分別為S-A-B-C-D與S-E-F-G-D。當D節(jié)點收到RFEQ消息時，根據(jù)路徑選擇規(guī)則同本地路由表比較其包含的目的節(jié)點序列號，信任度和跳數(shù)，然后更新路由表，并建立反向路由，產(chǎn)生RFEP應(yīng)答。源節(jié)點接收到返回的RFEP消息時，同樣根據(jù)路徑選擇規(guī)則，從備選路徑中選擇最優(yōu)的路徑，建立正向路由。TBSRA安全路由方法的驗證：完成上述四個模塊之后，對TBSRA進行定性和定量的分析，可知該路由方法具有較高的分組交付率，較小的端到端時延，較低的網(wǎng)絡(luò)路由開銷。而安全性方面，該方法可抵抗黑洞攻擊，DoS攻擊以及序列號攻擊。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。