物聯網環境下無線傳感器網絡安全問題研究

王薈珺

摘要：物聯網是信息化時代的重要代表，也是新型信息技術的重要內容。物聯網，顧名思義，就是將物與物緊密相連的一種互聯網。在物聯網技術中，傳感器網絡是很關鍵的內容。傳感器網絡節點工作環境通常十分復雜、苛刻，稍不留神就會導致傳感器網路面臨許多安全隱患。這就需要加強無線傳感器網絡安全。因此，開展無線傳感器網絡的安全性研究，增強防范很有必要。

關鍵詞：物聯網；無線傳感器網絡；安全

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）06-0031-03

1 背景

目前，無線傳感器網絡在物聯網的支持下得到迅速發展。無線傳感器網絡可以隨時為人們傳遞所需信息，擺脫時間與空間的束縛。無線傳感器網絡的應用范圍十分廣泛，為物聯網的發展奠定堅實的基礎。由于無線傳感器網絡的節點部署環境通常十分惡劣，因此，有必要研究無線傳感器網絡的安全性，方可減少安全威脅與網絡攻擊。

2 物聯網與無線傳感器網絡概述

物聯網的基礎是互聯網，在互聯網的支持下，物聯網可借助多種技術實現信息資源共享。無線傳感器網絡最大的特征是感知，主要的工具是傳感器。利用傳感器可以有效感知外部環境，再借助無線網絡對信息進行傳輸，方滿足用戶需求。無線傳感器網絡的安全性必須要得到重視，因為支持其運行的是技術含量頗高、結構復雜的配備，一旦出現問題，后果不堪設想。物聯網的發展離不開無線傳感器網絡，人們能夠實現迅速交流同樣與其密切相關。

3 提高無線傳感器網絡安全的必要性

物聯網是一種新型產業，廣泛用于網絡融合之中。可以將無線網視作互聯網功能的延伸，又可以將物聯網作為一種重要的應用。支持物聯網運行的基礎就是傳感網技術。無線傳感器網絡在物聯網的環境下，可以有效實現對信息的搜集與處理，再為用戶提供所需內容[1]。無線傳感器網絡會有其固定的監測區域，主要是利用多個傳感器節點進行工作。傳感器網絡與物聯網的融合是傳感器行業實現可持續發展的關鍵，進一步擴大傳感器的應用范圍。在這種情況下，就需要進一步提高無線傳感器網絡的安全性。盡管傳感器網絡能夠實現對信息的高效搜集與處理，但是其無線通信信道的安全性卻有待進一步提高，防御措施不到位，致使網絡在運行的過程中會面臨許多安全威脅與惡意攻擊。傳感器節點的工作環境十分惡劣，加之對各節點缺乏有效保護，就可以給各路攻擊者以可乘之機，只需采取有效手段即可手機傳感器節點的信息，并對信息進行篡改。由此可見，提高無線網絡傳感器的安全很有必要。

4 物聯網環境下的無線傳感器網絡分析

4.1 網絡通信協議

為了保證網絡通信正常進行，就要結合網絡協議的各項要求，合理控制網絡。如果網絡通信協議不完善，不統一，就會影響網絡正常運行，導致信息無法順利傳輸。因此，必須要明確網絡通信協議，完善協議內容，明確各項規定，為物聯網環境下的無線傳感器網絡通信運行提供有效參考依據。首先，為了更好地傳輸各類信息，要完善TCP和IP協議[2]。第二，進一步完善路由協議。第三，為了避免節點消耗，要加強對每個節點的高效利用，依據路由協議要求，提高網絡傳輸效率。進行信息與數據處理時，要進一步完善網絡協議和路由協議規定內容。由于數據處理工作至關重要，因此，必須要滿足無線傳感器網絡與物聯網的需求。

4.2 網絡拓撲控制

進行網絡拓撲控制時，首先要對網絡進行物理布局，使網絡結構能夠實現有序銜接，發揮出傳輸設備的作用。為了保證網絡拓撲的合理性，就要結合網絡運行的實際情況，采取有效手段提高信息傳輸效率。可通過節點對線路中的冗余部分一一消除，最大程度保證傳輸質量。保證網絡拓撲合理，還要對其進行有效控制，便于無線傳感器網絡正常運行。傳感器的節點可用對網絡節點進行控制，這樣就形成有層次感的網絡拓撲結構，實現信息高效傳輸。

4.3 網絡安全技術

毫無疑問，在無線傳感器網絡中，安全問題必須要放在第一位。盡管物聯網技術正在不斷進步，人們在交流時會變得更加方便，但卻很容易泄露隱私，或者出現信息被盜取的情況。這主要就是由于網絡安全不完善。在無線傳感器網絡中具有相對完善的安全機制，這樣就可以保證信息在傳輸的過程中能夠得到有效保護。同時，先進的網絡加密技術可以為信息傳輸架設“雙保險”。此外，還有水印技術、消息認證等多種先進的網絡安全技術為無線傳感器網絡安全保駕護航[3]。

4.4 網絡定位技術

網絡定位技術能夠實現精確定位，滿足用戶需求。網絡定位技術體現出網絡信息的交互特征，常見的技術是GPS。該技術能夠對目標位置實現準確定位，只不過，由于GPS涉及諸多問題，其應用范圍比較狹窄，更多是在專有的客戶端上發揮作用。無線傳感器網絡能夠實現精確定位，應用成本低，可大大滿足用戶需求[4]。無線傳感器網絡主要是利用測距定位與非測距定位法鎖定目標位置，不過，這兩種方式各有利弊。前者成本高，定位十分精確；后者成本低，定位精確度遠遜于前者。

4.5 數據融合技術

無線傳感器網絡要借助先進的數據融合技術實現對數據的融合與控制。為了實現資源的有效配置，可利用節點實現配置，為數據融合技術的應用提供多重保障。無線傳感器網絡可以對不同應用場景和控制對象的不同節點傳輸數據進行融合，最大程度提高數據傳輸效果，滿足用戶需求。由于節點的成本較低，因此，可直接利用節點融合數據，剔除無用信息，保證數據傳輸更加順利。

5 無線傳感器網絡特征

物聯網之所以得到飛速發展，除了得益于互聯網的大力支持外，還離不開無線傳感器網絡的作用。無線傳感器網絡可以實現與互聯網的無縫對接，迅速適應互聯網的安全機制要求，不妨礙信息正常傳輸，并且，這一類網絡有自身的特點，從而保證物聯網具備更多功能。

5.1 節點能量不足

在無線傳感器網絡中，節點數量很多，分布范圍廣，加之體積小，成本低，面臨的環境比較復雜，在運行的過程中，很容易出現各種問題，或者因能量不足而直接報廢。支持節點工作的電池不能及時更換，也無法充電，如果節點電池大規模沒電，就意味著網絡會出現問題。

5.2 新舊節點交替帶來多種變化

傳感器的節點會在特定的監測區域中發揮作用。這些景點大多分布得較為密集，數量極大，只為獲得更加精準的信息，從而滿足用戶的需求。由于節點的能量有限，成本低廉，在原有的節點基礎之上，會不斷添加新的節點。當舊的節點報廢后，雖然新的節點可以繼續發揮作用，但還是會改變無線通信鏈路寬帶，影響信息傳輸的通暢性，從而導致網絡拓撲結構發生變化[5]。

5.3 任務型網絡

無線傳感器利主要是利用感知功能實現對數據的傳輸和處理，通過傳感器節點實現對數據的一系列處理，融入先進的數據融合技術提高信息傳輸的通暢性。無線傳感器的網絡的布置與開展與網絡設備的預設有直接關系，節點的能夠利用網絡協議與分布式算法協調工作，保證網絡順利運行。這充分體現出無線傳感器網絡的任務型特點。

5.4 利用無線信道實現通信

無線傳感器網絡的通信渠道離不開無線信道，因此，在布置節點時，一般會選擇開放程度比較強的區域中，從而進一步提高網絡的安全性與可靠性。

6 無線傳感器網絡的安全要求

為了提高無線傳感網絡的安全性，就要了解其使用的意義和價值。由于大量節點部署在較差的環境下，因此，要提高安全系數，實現節點安全通信。傳統的安全技術已不能滿足現代無線傳感器網絡的運行，一是因為無線傳感器網絡涉及多種資源，二是由于無線傳感器網絡有其獨有的特點，以及對安全的特定要求。

6.1 完善的認證機制

如果傳感器網絡的認證機制不完善，就會給攻擊者以可乘之機，在不通過認證的情況下攻擊網絡。因此，在網絡中要設置完善的認證機制，保證發送和接收節點與通信節點實現彼此通信。

6.2 健全的保密機制

無線傳感器網絡在進行信息傳輸的過程中，需要加強通信的保密性，這樣才能保證數據不回被其他節點破解和讀取。要進一步完善保密機制，保證消息以加密的方式發送到信道中，使信息可以得到完整傳輸，不會遭到泄露[6]。

6.3 可擴展性

部署節點時，網絡強大的可擴展性可以使節點部署數量不斷提高，從而進一步擴大網絡規模。同時，在增加節點時，還不會增加通信開銷，保證網絡安全。

6.4 信息的完整性

在無線傳感器網絡中不僅要設置完善的認證機制與保密機制，還要對數據的完整性進行鑒別。通常會采用消息認證碼的方式確認信息的真實性。當前，無線傳感器網絡的安全問題主要體現在接收人員無法確定數據與信息是否正確，也無法斷定信息在傳輸過程中是否有惡意節點的攔截，導致信息被篡改。也就是說，提高無線傳感器網絡的安全不僅要防止攻擊者，還要對信息傳輸過程的節點進行控制，保證數據完整，顯而易見，消息認證碼是一種有效的檢驗方式。

7 提高無線傳感器網絡安全建議

7.1 分析網絡安全功能，應用加密技術

為了提高無線傳感器網絡安全，就要在滿足用戶需求的前提下，加強對網絡安全的維護。要明確無線傳感器的安全功能集，再對網絡安全的功能進行分析，保證功能完善。要分析攻擊者的行為，了解其攻擊的手法，這樣就可以采取有效的對策。常見的攻擊方式是通過接收機竊聽無線傳感器網絡系統，對信息進行盜取和篡改。因此，要采取道高一尺魔高一丈的方法加密無線傳感器，提高網絡通信數據的安全，避免攻擊者竊聽、盜取信息，降低損失[7]。

將加密技術與無線傳感器網絡相結合就能夠避免供給人員竊聽無線鏈路。數據鏈路中的內容還可以阻止攻擊者篡改網絡信息。在網絡層中應用加密技術，可以保護路由不會被篡改。除了加密技術之外，還有多種多樣的認證技術與密鑰管理相結合，保證數據得到高效、完整傳輸，提高信息安全。在采用加密等技術時，要考慮到節點中的資源限制問題，可采用輕量化計算方法。

7.2 提高路由安全，應用認證技術

在無線傳感器網絡安全中，需要進一步提高路由安全。路由是網絡中的基礎設備，工作人員要設置完善的路由協議，提高路由對各路攻擊的抵抗能力，進一步保證網絡安全運行。設置安全路由時，要遵循完善的安全機制，比如廣播半徑限制、信任模型等。

除了路由安全之外，還要在無線傳感器網絡中應用先進的認證技術。目前，認證技術主要包括兩種：第一種是信息認證技術，該技術主要是確定信息源的身份、信息的完整性；避免信息源身份非法，或者信息在中間節點處被偽造和篡改；第二種是實體認證技術，該技術主要是對路由進行保護，提高路由安全，避免非法節點侵占路由，篡改信息。實體認證主要包括直接確定法和間接確認法。直接確認主要是確定可信任節點后，直接將其添加即可；間接確認主要是判斷其他節點確認節點是否可信。在應用認證技術時，同樣需要采取輕量化算法。

8 結束語

無線傳感器網絡在物聯網中起到非常重要的作用，需要高度重視這一網絡的應用安全，實現對信息的安全傳輸與接收。目前，無線傳感器網絡還出于進一步發展過程中，其安全性有待進一步提升，該文通過分析物聯網環境下的無線傳感器網絡安全問題與措施，指出加密技術與認證技術應用的必要性，旨在規避攻擊者對網絡形成的攻擊行為與數據篡改行為，實現無線傳感器網絡安全運行。

參考文獻：

[1] 汪爍， 丁露. 物聯網無線傳感器網絡標準化現狀與需求分析[J]. 中國標準化， 2018（21）： 69-73， 79.

[2] 薛國超. 無線傳感器網絡與物聯網的應用研究[J]. 智能建筑與智慧城市， 2018（9）： 71-72.

[3] 吳健. 物聯網技術在安全管理中的應用[J]. 信息系統工程， 2018（9）： 78.

[4] 徐拓. 面向物聯網的無線傳感器網絡研究[J]. 時代農機， 2018， 45（7）： 249.

[5] 顧鵬. 一種物聯網無線傳感器網絡數據包路由轉發設計[J]. 信息與電腦：理論版， 2018（12）： 3-6.

[6] 李剛. 船舶無線傳感器網絡中物聯網技術的應用[J]. 艦船科學技術， 2018， 40（6）： 178-180.

[7] 易月娥. 面向物聯網的無線傳感器網絡關鍵技術研究[J]. 長沙民政職業技術學院學報， 2017， 24（4）： 118-121.

【通聯編輯：謝媛媛】