一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢系統(tǒng)及方法，為了解決現(xiàn)有的兩層傳感網(wǎng)絡(luò)的通信量大，消耗能量大，生存時間短的缺陷，該系統(tǒng)包括Sink節(jié)點、存儲節(jié)點和傳感節(jié)點；Sink節(jié)點發(fā)送查詢請求給存儲節(jié)點，Sink節(jié)點對存儲節(jié)點返回的查詢結(jié)果進(jìn)行完整性驗證；存儲節(jié)點用于響應(yīng)Sink節(jié)點的查詢請求，存儲傳感節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)查詢范圍將相應(yīng)的傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)返回給Sink節(jié)點;傳感節(jié)點用于感知數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)加密，并將數(shù)據(jù)傳輸給存儲節(jié)點。該系統(tǒng)在保證傳感節(jié)點數(shù)據(jù)機(jī)密性，能夠有效對存儲節(jié)點返回的查詢結(jié)果進(jìn)行完整性檢測，同時，該方法能夠有效減少數(shù)據(jù)傳輸量，延長了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。
【專利說明】一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)是當(dāng)前的熱點研究領(lǐng)域。它由大量資源受限的傳感器節(jié)點構(gòu)成，通過數(shù)據(jù)聚集和查詢等操作實現(xiàn)監(jiān)控和偵查等功能，具有廣泛的應(yīng)用場景。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)往往部署在動物棲息地或戰(zhàn)爭區(qū)域等野外地區(qū)，難以維護(hù)，且傳感節(jié)點之間通過無線進(jìn)行通信。使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用面臨嚴(yán)重的安全問題，研究和解決這類安全問題，對拓展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。
[0003]由于Sink節(jié)點可能只對部分節(jié)點的部分時段感知數(shù)據(jù)感興趣，因此傳感節(jié)點沒必要實時將感知數(shù)據(jù)傳輸給Sink節(jié)點，這種傳輸機(jī)制也是不可行的。同時，傳感節(jié)點的資源有限性，使得傳感節(jié)點沒有足夠的空間存儲其所感知的所有數(shù)據(jù)以等待查詢?；谏鲜銮闆r，產(chǎn)生了兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)，其下層由大量資源受限的傳感節(jié)點構(gòu)成負(fù)責(zé)感知數(shù)據(jù)，上層由少量具有較大容量、資源相對豐富存儲節(jié)點構(gòu)成，負(fù)責(zé)存儲傳感節(jié)點的感知數(shù)據(jù)和響應(yīng)處理Sink節(jié)點的查詢請求。
[0004]一方面，傳感節(jié)點負(fù)責(zé)感知數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸給離其最近的存儲節(jié)點進(jìn)行存儲(跳數(shù)較少)，能量消耗較小。另一方面，雖然存儲節(jié)點需要存儲大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行大量操作，但存儲節(jié)點相較于傳感節(jié)點具有較大的存儲空間、較強的計算能力，更多的能量，因此兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)相比較一般傳感器網(wǎng)絡(luò)具有更長的使用壽命，具有重要的研究價值。但兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)也面臨嚴(yán)重的安全問題。特別當(dāng)攻擊者俘獲到存儲節(jié)點后，能夠獲得大量的感知數(shù)據(jù)，并可能進(jìn)行如返回偽造數(shù)據(jù)、不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)等惡意行為。因此，保證感知數(shù)據(jù)的機(jī)密性、真實性、正確性和完整性是非常重要的，研究者提出了很多解決方法。通常，力口密感知數(shù)據(jù)能夠保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性和真實性，且Sink節(jié)點通過解密能夠容易判斷出查詢結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，查詢結(jié)果完整性檢測是各解決方案的研究重點。
[0005]目前已有的解決方法存在安全性、通信量和計算量等問題。比如，采用桶技術(shù)的方法，由于將每個數(shù)據(jù)都貼上其所在的桶標(biāo)簽，攻擊者能夠?qū)⒏兄獢?shù)據(jù)確定在很小的范圍內(nèi)，沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)的零泄漏。另外，通過驗證碼來檢測查詢結(jié)果完整性的方法需要進(jìn)行大量加解密或Hash計算，或者在驗證碼里面添加大量額外信息，極大的增加了通信量，兩種情況都消耗大量能量，縮短了傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢系統(tǒng)及方法，該方法在保證傳感節(jié)點數(shù)據(jù)機(jī)密性、真實性和準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，能夠有效對存儲節(jié)點返回的查詢結(jié)果進(jìn)行完整性檢測，同時，該方法能夠有效減少數(shù)據(jù)傳輸量，延長了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括Sink節(jié)點、存儲節(jié)點和傳感節(jié)點:
[0008]Sink節(jié)點，發(fā)送查詢請求給存儲節(jié)點，發(fā)送查詢范圍信息給存儲節(jié)點，Sink節(jié)點對存儲節(jié)點返回的查詢結(jié)果進(jìn)行完整性驗證；
[0009]存儲節(jié)點，用于響應(yīng)Sink節(jié)點的查詢請求,存儲傳感節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù),根據(jù)查詢范圍將相應(yīng)的傳感節(jié)點的加密數(shù)據(jù)和保序編碼集返回給Sink節(jié)點；
[0010]傳感節(jié)點，用于感知數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)加密，構(gòu)建加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集，并將加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集傳輸給存儲節(jié)點。
[0011]一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢系統(tǒng)的方法，該方法包括以下階段:
[0012]前期準(zhǔn)備階段:Sink節(jié)點與每個傳感節(jié)點共享密鑰和保序函數(shù)；
[0013]網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建階段:將兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為多個單元，每個單元包括一個存儲節(jié)點和多個傳感節(jié)點，每個單元內(nèi)部節(jié)點構(gòu)成一個路由樹，其中存儲節(jié)點為根節(jié)點；
[0014]數(shù)據(jù)存儲階段:傳感節(jié)點對一個周期內(nèi)感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,并對數(shù)據(jù)加密構(gòu)成加密數(shù)據(jù)集；將原始數(shù)據(jù)構(gòu)造成新數(shù)據(jù)，并通過保序函數(shù)對新數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，形成保序編碼集；最后通過多跳的方式將加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集傳輸至所在單元的存儲節(jié)點；
[0015]范圍查詢請求階段:Sink節(jié)點將查詢請求發(fā)送給每個單元的存儲節(jié)點，Sink節(jié)點通過生成下上限多項式將查詢范圍對應(yīng)到每個傳感節(jié)點，查詢范圍包括通周期號t、下上限多項式和單元的ID號。
[0016]范圍查詢返回階段:當(dāng)存儲節(jié)點接收到Sink節(jié)點的查詢請求,根據(jù)下上限多項式和每個傳感節(jié)點的ID號求出每個傳感節(jié)點對應(yīng)的查詢范圍；然后將每個傳感節(jié)點的保序編碼集中的編碼與其對應(yīng)的查詢范圍進(jìn)行比較，如果編碼在查詢范圍內(nèi)，則存儲節(jié)點將該編碼以及對應(yīng)的加密數(shù)據(jù)分別放入返回編碼集和返回加密數(shù)據(jù)集，存儲節(jié)點還需要將查詢范圍內(nèi)兩端的前驅(qū)和后繼數(shù)據(jù)及對應(yīng)的編碼放入相應(yīng)的集合中；如果沒有數(shù)據(jù)符合范圍查詢，則將范圍查詢兩端最近的兩個數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的集合中，最后將返回編碼集和返回加密數(shù)據(jù)集傳輸給Sink節(jié)點。
[0017]查詢結(jié)果驗證階段:Sink收到存儲節(jié)點的返回結(jié)果后，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實性和完整性。
[0018]所述數(shù)據(jù)存儲階段，將原數(shù)據(jù)構(gòu)造成新數(shù)據(jù)的具體過程為:新數(shù)據(jù)包括兩部分，左半部分是原數(shù)據(jù)，右半部分是原數(shù)據(jù)與其下一個原數(shù)據(jù)之差值，且每個傳感節(jié)點生成兩個隨機(jī)的下限和上限數(shù)據(jù)；為了保證新的數(shù)據(jù)仍然是有序的，將所有右半部分的數(shù)據(jù)的位數(shù)設(shè)置成相同的。
[0019]所述范圍查詢階段中，Sink節(jié)點傳輸給存儲節(jié)點的查詢范圍的下上限多項式，其構(gòu)建過程為:在一個單元內(nèi)，Sink節(jié)點首先根據(jù)該單元的每個傳感節(jié)點的保序函數(shù)求出每個傳感節(jié)點對應(yīng)的查詢范圍(a” bj，其中％和匕分別表示查詢范圍的下限和上限a和b經(jīng)保序函數(shù)計算后的結(jié)果，Sink節(jié)點構(gòu)造下上限兩個二元組集，并通過計算求出二元組集對應(yīng)的下上限多項式。
[0020]所述驗證階段的具體過程為:Sink節(jié)點通過與傳感節(jié)點共享的密鑰對加密數(shù)據(jù)集進(jìn)行解密獲得原數(shù)據(jù)，根據(jù)解密得到的原數(shù)據(jù)，判斷出返回數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實性；Sink節(jié)點再通過與傳感節(jié)點共享的保序函數(shù)對原數(shù)據(jù)集重構(gòu)保序編碼集，通過比較生成的編碼集與存儲節(jié)點傳輸過來的保序編碼集，來判斷查詢結(jié)果的完整性。
[0021]與現(xiàn)有隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢方法相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1.傳感節(jié)點除了對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作外，沒有其他額外的加解密操作，節(jié)省了大量由于運算而消耗的能量。同時，傳感節(jié)點只需要額外傳輸保序編碼集，極大的降低了通信量，延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。2.存儲節(jié)點只需進(jìn)行多項式運算和比較運算，避免了存儲節(jié)點由于大量的加解密運算和傳輸大量的密文而消耗大量能量，并減少了時間延遲。雖然相比較傳感節(jié)點，存儲節(jié)點擁有更豐富的資源，但超量的運算和傳輸也可能極大影響網(wǎng)絡(luò)的功能和壽命。因此，本發(fā)明使得存儲節(jié)點不會成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。3.本發(fā)明設(shè)計的保序編碼集具有更好的完整性檢測性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明中隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢過程圖；
[0024]圖3為本發(fā)明中設(shè)計的傳感節(jié)點保序編碼集生成過程流程圖；
[0025]圖4為本發(fā)明中設(shè)計的Sink下上限查詢多項式生成過程流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件的構(gòu)造、各部分之間的連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0027]所述兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)包括Sink節(jié)點101、上層的存儲節(jié)點102和下層的傳感節(jié)點103 ;所述Sink節(jié)點101用于發(fā)送查詢請求和對存儲節(jié)點返回的結(jié)果進(jìn)行完整性檢驗，所述存儲節(jié)點102用于存儲傳感節(jié)點數(shù)據(jù)103和響應(yīng)Sink節(jié)點101的查詢請求，所述傳感節(jié)點103用于構(gòu)建加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集，并將數(shù)據(jù)傳輸給存儲節(jié)點102，Sink節(jié)點101將查詢請求發(fā)送給存儲節(jié)點102，存儲節(jié)點102根據(jù)查詢請求中的查詢范圍將傳感節(jié)點103相應(yīng)的加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集返回給Sink節(jié)點101, Sink節(jié)點101通過與傳感節(jié)點103共享的密鑰和保序函數(shù)對返回結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確性和真實性判斷和完整性驗證。所述范圍查詢方法包括前期準(zhǔn)備、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、數(shù)據(jù)存儲、范圍查詢請求、范圍查詢返回和查詢結(jié)果驗證階段:
[0028]前期準(zhǔn)備階段:Sink節(jié)點101與每個傳感節(jié)點103共享數(shù)據(jù)加密密鑰用以保證傳感數(shù)據(jù)的機(jī)密性和真實性，同時共享保序函數(shù)使得存儲節(jié)點102能夠準(zhǔn)確返回查詢結(jié)果。Sink節(jié)點101與每個傳感節(jié)點103SU共享加解密密鑰其中j表示節(jié)點所在單元的ID，i表示單元內(nèi)節(jié)點的ID,同時還共享保序函數(shù)Fy(X)。因為Sink節(jié)點101對每個單元操作是相同的且所有操作都是在同一個單元內(nèi)進(jìn)行的，所以密鑰和保序函數(shù)分別簡寫為Ki和Fi(X)。
[0029]網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建階段:兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為若干個單元，每個單元由一個存儲節(jié)點102和若干個傳感節(jié)點103構(gòu)成。每個單元內(nèi)部節(jié)點構(gòu)成一個路由樹，其中存儲節(jié)點102為根節(jié)點。構(gòu)建過程為:存儲節(jié)點102向其鄰居節(jié)點發(fā)送廣播消息“HELL0”，如果沒有父節(jié)點的傳感節(jié)點103接收到消息“HELLO”，則向發(fā)送“HELLO”消息的節(jié)點發(fā)送“PARENT”消息，并將該節(jié)點設(shè)為父節(jié)點。確定父節(jié)點的傳感節(jié)點103繼續(xù)向外發(fā)送“HELLO”消息，直到整個單元內(nèi)節(jié)點都有父節(jié)點，路由樹構(gòu)造完成。
[0030]數(shù)據(jù)存儲階段:傳感節(jié)點103對一個周期內(nèi)感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序303，并按數(shù)據(jù)升(降)序的順序?qū)?shù)據(jù)加密構(gòu)成加密數(shù)據(jù)集(不失一般性，本發(fā)明都是進(jìn)行升序排序)。同時，通過保序函數(shù)對新數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼形成保序編碼集306。為了實現(xiàn)完整性檢測，傳感節(jié)點103在對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行保序編碼之前，需將原數(shù)據(jù)構(gòu)造成新數(shù)據(jù)305。具體方法為:新數(shù)據(jù)由兩部分組成，左半部分是原數(shù)據(jù)，右半部分是原數(shù)據(jù)與其下一個原數(shù)據(jù)之差值，且每個傳感節(jié)點103生成兩個隨機(jī)的下限和上限數(shù)據(jù)，滿足條件為所有感知數(shù)據(jù)一定大于下限數(shù)且小于上限數(shù)。例如，傳感節(jié)點103有兩個傳感數(shù)據(jù)X1和X2 (χι〈χ2)，并生成下上限數(shù)Xtl和X3,則構(gòu)造的新數(shù)據(jù)為:XQ| I XfXc^X11 X2-X1, X2 I X3-X2, X31 I Random,其中 | | 為連接符。為了保證新的數(shù)據(jù)仍然有序，將所有右半部分?jǐn)?shù)據(jù)的位數(shù)設(shè)置成相等的，例如假設(shè)所有數(shù)據(jù)之間最大差值為31 (5位二進(jìn)制數(shù)據(jù))，X2-X1和X3-X2值分別為5和2，則兩差值分別表示為00101和00010。傳感節(jié)點103將新數(shù)據(jù)通過保序函數(shù)轉(zhuǎn)換成編碼306，最后通過多跳的方式將加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集傳輸至所在單元的存儲節(jié)點102。傳感節(jié)點103感知數(shù)據(jù)302，假設(shè)傳感節(jié)點103每10秒感知一次(如溫度、濕度等)，每分鐘為一個周期，即每隔一分鐘傳感節(jié)點103感知6個數(shù)據(jù)，節(jié)點對這6個數(shù)據(jù)進(jìn)行排序303，同時隨機(jī)生成下限(!。(〈屯)和上限d7(>d6) 304，并將這8個數(shù)據(jù)傳輸給存儲節(jié)點102進(jìn)行存儲。例如傳感節(jié)點103Si在周期t結(jié)束后，傳輸給存儲節(jié)點102的加密數(shù)據(jù)集為:
[0031]Ehl={uA(djlJ = 0.,J)}:}AF,(d, - rf ) Ji j = O-AFlId11 (roefcn),)}}其中 r 表示將所有差值轉(zhuǎn)換為r位二進(jìn)制。
[0032]范圍查詢請求階段:Sink節(jié)點101進(jìn)行查詢操作Q= (C，T，D) 402，其中C表示單元ID、T表示周期號和D表示查詢范圍，即查詢的是C單元t周期查詢范圍為D=(a，b)的查詢請求。Sink將查詢請求分別發(fā)送給每個單元的存儲節(jié)點102。因為存儲在存儲節(jié)點102上的信息為加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集，為了使得存儲節(jié)點102能夠準(zhǔn)確返回每個傳感節(jié)點103的加密數(shù)據(jù),Sink節(jié)點101需要通過保序函數(shù)將查詢范圍對應(yīng)到每個傳感節(jié)點103,即需要對查詢范圍進(jìn)行轉(zhuǎn)換403。轉(zhuǎn)換規(guī)則如下:在一個單元內(nèi)，Sink節(jié)點101首先根據(jù)該單元的每個傳感節(jié)點103的保序函數(shù)求出每個傳感節(jié)點103對應(yīng)的查詢范圍(a^bi),其中Bi和匕分別表示查詢范圍的下限和上限a和b經(jīng)保序函數(shù)計算后的結(jié)果，Sink根據(jù)單元內(nèi)每個傳感節(jié)點103的保序函數(shù)得到兩個二元組集404:下限二元組集LD1=Ki, Fi (a | (0..0)r)) |i=l…N}和上限二元組集UD1= KtFiOD I I (1..l)r)) I i=l…N},其中N為單元內(nèi)傳感節(jié)點103個數(shù)。Sink節(jié)點101根據(jù)這兩個集合通過克萊姆等法則求出下上限多項式405LFc(x)和UFe(x)，并將查詢請求(t，LFe(X)，UFe(x))傳輸給對應(yīng)單元內(nèi)的存儲節(jié)點102。因此Sink節(jié)點101傳輸給存儲節(jié)點102的查詢范圍包括通周期號t和上下限多項式。
[0033]范圍查詢返回階段:當(dāng)存儲節(jié)點102接收到Sink節(jié)點101的查詢請求，存儲節(jié)點102對每個傳感節(jié)點103數(shù)據(jù)進(jìn)行如下操作:根據(jù)下上限多項式和傳感節(jié)點103的ID號求出每個傳感節(jié)點103對應(yīng)的查詢范圍403。然后將傳感節(jié)點103中的保序編碼集中的編碼與其對應(yīng)的查詢范圍進(jìn)行比較，如果編碼在查詢范圍內(nèi)，則存儲節(jié)點102將該編碼以及對應(yīng)的加密數(shù)據(jù)分別放入返回編碼集和返回加密數(shù)據(jù)集。另外，為了實現(xiàn)完整性驗證，存儲節(jié)點102還需要將查詢范圍內(nèi)兩端的前驅(qū)和后繼數(shù)據(jù)及對應(yīng)的編碼放入相應(yīng)的集合中，如果查詢結(jié)果為空，則將范圍查詢兩端最近的兩個數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的集合中，最后將返回編碼集和返回加密數(shù)據(jù)集傳輸給Sink節(jié)點101。攻擊者有可能俘獲存儲節(jié)點102，被俘獲的存儲節(jié)點102可進(jìn)行如下惡意行為，如返回不符合查詢范圍的數(shù)據(jù)、返回偽造數(shù)據(jù)或返回部分結(jié)果(不完整)。例如，存儲節(jié)點102收到Sink查詢請求后，根據(jù)查詢請求信息計算出單元內(nèi)每個傳感節(jié)點103對應(yīng)的查詢范圍403，即
【權(quán)利要求】
1.一種隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括Sink節(jié)點、存儲節(jié)點和傳感節(jié)點: Sink節(jié)點，發(fā)送查詢請求給存儲節(jié)點，Sink節(jié)點對存儲節(jié)點返回的查詢結(jié)果進(jìn)行完整性驗證； 存儲節(jié)點，用于響應(yīng)Sink節(jié)點的查詢請求，存儲傳感節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)查詢范圍將相應(yīng)的傳感節(jié)點的加密數(shù)據(jù)和保序編碼集返回給Sink節(jié)點； 傳感節(jié)點，用于感知數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)加密，構(gòu)建加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集，并將加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集傳輸給存儲節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢方法，其特征在于，該方法包括以下階段: 前期準(zhǔn)備階段=Sink節(jié)點與每個傳感節(jié)點共享密鑰和保序函數(shù)； 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建階段:將兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為多個單元，每個單元包括一個存儲節(jié)點和多個傳感節(jié)點，每個單元內(nèi)部節(jié)點構(gòu)成一個路由樹，其中存儲節(jié)點為根節(jié)點； 數(shù)據(jù)存儲階段:傳感節(jié)點對一個周期內(nèi)感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，并對數(shù)據(jù)加密構(gòu)成加密數(shù)據(jù)集；將原始數(shù)據(jù)構(gòu)造成新數(shù)據(jù)，并通過保序函數(shù)對新數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，形成保序編碼集；最后通過多跳的方式將加密數(shù)據(jù)集和保序編碼集傳輸至所在單元的存儲節(jié)點； 范圍查詢請求階 段:Sink節(jié)點將查詢請求發(fā)送給每個單元的存儲節(jié)點，Sink節(jié)點通過生成下上限多項式將查詢范圍對應(yīng)到每個傳感節(jié)點，查詢范圍包括通周期號t、下上限多項式和單元的ID號。 范圍查詢返回階段:當(dāng)存儲節(jié)點接收到Sink節(jié)點的查詢請求，根據(jù)下上限多項式和每個傳感節(jié)點的ID號求出每個傳感節(jié)點對應(yīng)的查詢范圍；然后將每個傳感節(jié)點的保序編碼集中的編碼與其對應(yīng)的查詢范圍進(jìn)行比較，如果編碼在查詢范圍內(nèi)，則存儲節(jié)點將該編碼以及對應(yīng)的加密數(shù)據(jù)分別放入返回編碼集和返回加密數(shù)據(jù)集，存儲節(jié)點還需要將查詢范圍內(nèi)兩端的前驅(qū)和后繼數(shù)據(jù)及對應(yīng)的編碼放入相應(yīng)的集合中；如果沒有數(shù)據(jù)符合范圍查詢，則將范圍查詢兩端最近的兩個數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的集合中，最后將返回編碼集和返回加密數(shù)據(jù)集傳輸給Sink節(jié)點。 查詢結(jié)果驗證階段:Sink收到存儲節(jié)點的返回結(jié)果后，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實性和完整性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲階段，將原數(shù)據(jù)構(gòu)造成新數(shù)據(jù)的具體過程為:新數(shù)據(jù)包括兩部分，左半部分是原數(shù)據(jù)，右半部分是原數(shù)據(jù)與其下一個原數(shù)據(jù)之差值，且每個傳感節(jié)點生成兩個隨機(jī)的下限和上限數(shù)據(jù)；為了保證新的數(shù)據(jù)仍然是有序的，將所有右半部分的數(shù)據(jù)的位數(shù)設(shè)置成相同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隱私保護(hù)的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢方法，其特征在于:所述范圍查詢階段中，Sink節(jié)點傳輸給存儲節(jié)點的查詢范圍的下上限多項式，其構(gòu)建過程為:在一個單元內(nèi)，Sink節(jié)點首先根據(jù)該單元的每個傳感節(jié)點的保序函數(shù)求出每個傳感節(jié)點對應(yīng)的查詢范圍(a” bj，其中％和匕分別表示查詢范圍的下限和上限a和b經(jīng)保序函數(shù)計算后的結(jié)果，Sink節(jié)點構(gòu)造下上限兩個二元組集，并通過計算求出二元組集對應(yīng)的下上限多項式。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩層傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍查詢方法，其特征在于:所述驗證階段的具體過程為=Sink節(jié)點通過與傳感節(jié)點共享的密鑰對加密數(shù)據(jù)集進(jìn)行解密獲得原數(shù)據(jù)，根據(jù)解密得到的原數(shù)據(jù)，判斷出返回數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實性；Sink節(jié)點再通過與傳感節(jié)點共享的保序函數(shù)對原數(shù)據(jù)集重構(gòu)保序編碼集，通過比較生成的編碼集與存儲節(jié)點傳輸過來的保序編碼集，來判斷查詢結(jié)果的完整性。
【文檔編號】H04W12/10GK103763702SQ201310737605
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】王濤春, 羅永龍, 郭良敏, 左開中, 陳付龍 申請人:安徽師范大學(xué)