文|普朗特的筆記
編輯|普朗特的筆記
«——【·前言·】——»
無線傳感器網絡是由大量分布在監測區域内的微小傳感器節點組成的自組織網絡，節點之間通過無線通信進行資料傳輸和協作。但無線傳感器網絡面臨着節點身份冒充和資料篡改等安全威脅，是以確定網絡中節點的身份認證成為一項重要的研究課題。
數字水印技術作為一種有效的安全手段，被引入到無線傳感器網絡中，以實作對節點身份的認證。
本文綜述了數字水印技術在無線傳感器網絡中的應用，并詳細探讨了其在節點身份認證方面的實作方法，通過将數字水印嵌入節點的資訊中，無線傳感器網絡可以有效地驗證節點的身份，提高網絡的安全性和可靠性。
«——【·數字水印技術·】——»
數字水印技術是一種在數字媒體中嵌入特定資訊的隐蔽技術，常被運用于無線傳感器網絡中，用以實作節點身份認證。
該技術在網絡通信中起到關鍵作用，確定節點的合法性，防止身份冒充和資料篡改，提升網絡的整體安全性和可靠性。
1.數字水印的定義和特點
數字水印是一種不可見或難以察覺的資訊嵌入技術，将一段特定資料或辨別資訊嵌入到數字媒體檔案中，如圖像、音頻或視訊，而不影響原始媒體的品質和功能。數字水印技術具備以下幾個特點：
隐蔽性：數字水印是一種不易察覺的隐藏技術，使得嵌入後的資訊在視覺或聽覺上不引起媒體内容的變化，進而保持了媒體的原始狀态。
不可僞造性：數字水印應該具備高度的抗僞造能力，防止攻擊者通過複制或僞造數字水印來進行欺騙和身份冒充。
容錯性：數字水印應對一定程度的資料損失和變換具有容忍性，即使在媒體檔案經過壓縮或處理後，水印仍然可以被提取和驗證。
2.數字水印的應用場景
數字水印技術在無線傳感器網絡中具有廣泛的應用場景，主要包括：
節點身份認證：數字水印可用于在網絡中對傳感器節點進行身份認證，通過将唯一辨別或密鑰嵌入到每個節點的傳感器資料或辨別資訊中，其他節點或中心控制器可以提取并驗證節點的真實身份，確定網絡隻接受合法節點的參與。
資料完整性驗證：在資料傳輸過程中，數字水印可以用來驗證資料的完整性，確定資料在傳輸過程中未被篡改或損壞。
反篡改保護：數字水印技術還可用于防止資料篡改。每個節點在将資料傳輸到其他節點時，可以嵌入其身份資訊或資料驗證辨別，一旦資料被篡改，便能通過提取數字水印進行檢測。
3.數字水印的嵌入與提取原理
數字水印的嵌入和提取涉及以下主要原理：
嵌入原理：在嵌入過程中，水印資訊通過一定的算法與原始資料相結合，生成新的帶有水印的資料。嵌入過程需要確定水印資訊的隐蔽性，即使攻擊者知道水印存在，也不能準确地定位和提取水印内容。
提取原理：提取過程涉及根據預設的算法和密鑰從帶有水印的資料中準确地提取出水印資訊。提取過程應該具備高度的準确性和可靠性，確定正确識别節點身份或驗證資料完整性。
4.數字水印算法的選擇與優化
在選擇數字水印算法時，需要綜合考慮安全性、隐蔽性、容錯性和計算效率等因素。
常用的數字水印算法包括頻域水印、空域水印和小波變換水印等，根據應用場景和安全需求，選擇适合的算法進行優化和應用。
數字水印技術是無線傳感器網絡中實作節點身份認證的一種有效手段。通過數字水印的嵌入和提取，網絡可以實作對節點的身份識别和驗證，進而提高網絡的安全性和可靠性。
在應用數字水印技術時，需要考慮算法的安全性和效率，并針對特定場景進行優化，以確定數字水印在無線傳感器網絡中的成功應用。
«——【·數字水印在無線傳感器網絡中的應用·】——»
數字水印技術在無線傳感器網絡中具有廣泛的應用場景，主要包括以下方面：
1.節點身份認證
節點身份認證是無線傳感器網絡中的一項重要任務。由于網絡中的節點數量龐大且分布廣泛，確定每個節點的合法性對于保障網絡的安全至關重要。
數字水印技術可用于實作對節點身份的認證。通過在每個節點中嵌入唯一的數字水印辨別或密鑰資訊，其他節點或中心控制器可以提取并驗證節點的真實身份。
這種方式能夠有效防止節點的身份冒充，確定網絡隻接受合法節點的參與，進而維護網絡的整體安全性。
2.資料完整性驗證
在無線傳感器網絡中，資料傳輸可能會受到各種幹擾和攻擊，導緻資料的完整性受到威脅。
為了確定傳輸的資料不被篡改或損壞，數字水印技術可用于資料完整性驗證。在資料傳輸的過程中，将資料的數字水印嵌入到資料包中。
接收節點在接收到資料後，可以提取數字水印并進行驗證，以确定資料是否完整和未被篡改，這種方式能夠及時發現資料的異常，防止錯誤資料的傳播，提高資料傳輸的可靠性。
3.反篡改保護
資料的篡改是無線傳感器網絡中的一種常見攻擊手段。攻擊者可能會試圖在資料傳輸過程中篡改傳感器節點的資料，進而幹擾網絡的正常運作。
數字水印技術可用于反篡改保護，每個節點在将資料傳輸到其他節點時，可以嵌入自身的身份資訊或資料驗證辨別。
一旦資料被篡改，其他節點在接收資料後，可以提取數字水印進行檢測，進而及時發現資料篡改的行為，這種方式增加了攻擊者篡改資料的難度，提高了網絡的安全性。
4.篡改源追蹤
無線傳感器網絡中的資料源可能會受到攻擊者的僞造或篡改，數字水印技術可用于篡改源追蹤，通過在傳感器資料中嵌入源節點的數字水印辨別，其他節點可以追蹤資料的來源。
這樣的追蹤功能有助于發現異常節點或惡意節點，幫助網絡管理者及時采取措施應對潛在的安全威脅。
5.防止資料重播攻擊
資料重播攻擊是無線傳感器網絡中的一種常見攻擊手段，攻擊者可能會截獲合法節點傳輸的資料，并在稍後的時間重新發送該資料，進而誤導其他節點。
數字水印技術可用于防止資料重播攻擊。節點在傳輸資料時，可以将時間戳等資訊嵌入到資料的數字水印中。
其他節點在接收資料後，通過提取數字水印中的時間戳資訊來驗證資料的合法性，一旦發現資料的時間戳與目前時間不符，即可判定為重播攻擊，并采取相應的防禦措施。
數字水印技術在無線傳感器網絡中的應用涵蓋了節點身份認證、資料完整性驗證、反篡改保護、篡改源追蹤和防止資料重播攻擊等多個方面。
通過嵌入和提取數字水印，網絡可以實作對節點身份的識别與驗證，保障資料的完整性和安全性，提高整個無線傳感器網絡的可靠性和安全性。
«——【·數字水印實作節點身份認證的方法·】——»
實作節點身份認證是保障無線傳感器網絡安全的重要一環。數字水印技術作為一種有效的安全手段，可用于實作對節點身份的認證。
1.數字水印生成算法設計
實作節點身份認證的第一步是設計數字水印生成算法。生成算法應具備以下幾個關鍵特點：
唯一性：生成的數字水印應該是唯一的，每個節點都有自己獨特的辨別。這樣可以防止不同節點之間的身份混淆，確定節點的身份認證準确可靠。
不可僞造性：生成的數字水印應具有高度的抗僞造性，防止攻擊者通過複制或僞造數字水印來進行欺騙和身份冒充。
高容錯性：在無線傳感器網絡中，節點可能面臨各種幹擾和資料損失。是以，生成的數字水印應具備一定的容錯性，即使在資料傳輸過程中出現部分資料丢失，仍能正确識别節點的身份。
2.數字水印嵌入方法
數字水印生成後，需要将水印資訊嵌入到節點的資訊中。在嵌入過程中，需要考慮以下關鍵問題：
隐蔽性：數字水印嵌入過程應該是隐蔽的，不影響節點的正常功能和資料傳輸。嵌入的水印應該在視覺或聽覺上不引起任何明顯的變化。
安全性：數字水印嵌入應具備一定的安全性，防止攻擊者通過分析節點資訊和水印資料來逆向提取水印，進而破壞身份認證的可靠性。
嵌入位置：選擇合适的嵌入位置也是重要的考慮因素。可以将數字水印嵌入到節點的傳感器資料中、節點的ID号或其他辨別資訊中，以保證資訊的安全性和隐蔽性。
3.數字水印提取與驗證方法
節點身份認證的關鍵在于數字水印的提取與驗證。在接收到其他節點傳來的資料時，需要進行以下步驟：
提取數字水印：通過預設的提取算法和密鑰，從接收到的資料中提取出數字水印資訊。
數字水印驗證：提取後的數字水印需要進行驗證。驗證的過程涉及檢測水印的完整性和準确性，以确定節點的真實身份。
安全通信：在提取和驗證數字水印的過程中，需要保障通信的安全性，防止攻擊者竊取或篡改數字水印資訊。
4.數字水印算法的選擇與優化
在實作節點身份認證時，需要選擇合适的數字水印算法，并對其進行優化。常用的數字水印算法包括頻域水印、空域水印和小波變換水印等。
根據應用場景和安全需求，選擇适合的算法，并針對特定場景進行優化，以確定數字水印在無線傳感器網絡中的高效和安全應用。
實作節點身份認證的方法主要涉及數字水印的生成、嵌入、提取和驗證等過程。
通過設計唯一且不可僞造的數字水印生成算法，将水印資訊隐蔽嵌入到節點資訊中，并在接收資料時提取并驗證數字水印，網絡可以實作對節點身份的認證。
選擇合适的數字水印算法和優化政策，有助于提高認證的準确性和網絡的安全性。
«——【·安全性分析·】——»
1.抵抗攻擊能力分析
首先要對數字水印技術在節點身份認證中的抵抗攻擊能力進行評估，攻擊者可能嘗試不同方式來破壞或篡改數字水印，比如試圖分析水印的生成算法、提取算法或嵌入位置，以僞造數字水印或破解密鑰。
是以需要對數字水印算法的強度進行測試，確定其具有足夠的抗攻擊能力，難以被攻擊者破解和篡改。
2.水印嵌入和提取的難度分析
數字水印嵌入和提取的難度也是安全性的重要因素。水印嵌入的難度應該足夠高，以保障水印在節點資訊中的隐蔽性，即使攻擊者獲得了節點資料，也難以準确定位和提取水印。
水印提取的難度也應該适中，以確定合法節點能夠順利提取并驗證水印，而不影響正常的資料傳輸和節點通信。
3.隐蔽性分析
隐蔽性是數字水印技術的核心特點之一，即水印嵌入後對原始資料的影響要盡可能小。在安全性分析中，需要對水印的隐蔽性進行評估，確定嵌入的水印對節點資訊和資料的準确性和完整性沒有顯著影響，此外還要考慮在不同嵌入場景下，隐蔽性的變化情況，以找到最适合網絡的水印嵌入政策。
4.攻擊場景模拟和測試
為了全面評估數字水印技術在無線傳感器網絡中的安全性，可以進行攻擊場景的模拟和測試，通過模拟常見的攻擊場景，比如資料篡改、節點身份冒充和重播攻擊等，來測試數字水印的魯棒性和可靠性，這樣可以發現可能存在的安全漏洞，并針對性地加強數字水印算法和安全政策。
5.安全性評估名額
在進行安全性分析時，需要确定一些安全性評估名額來衡量數字水印技術在節點身份認證中的表現。
常用的安全性評估名額包括水印提取準确率、水印嵌入的隐蔽性、抗攻擊能力和誤識别率等。通過這些名額的評估，可以綜合考慮數字水印技術的優劣，為無線傳感器網絡的安全性提供科學依據。
6.安全性改進措施
根據安全性分析的結果，可以提出相應的安全性改進措施。可能需要調整數字水印算法的參數，增加加密措施，優化嵌入和提取算法，以提高數字水印技術在節點身份認證中的安全性。
同時也要考慮網絡整體的安全政策，包括通路控制、密鑰管理和安全通信等方面，來全面提升無線傳感器網絡的安全性。
安全性分析是數字水印技術在無線傳感器網絡中應用于節點身份認證的關鍵一步，通過抵抗攻擊能力分析、水印嵌入和提取的難度分析、隐蔽性評估和攻擊場景模拟測試等手段，可以全面評估數字水印技術的安全性。
根據分析結果，采取相應的安全性改進措施，有助于提高無線傳感器網絡的整體安全性和可靠性。
«——【·筆者觀點·】——»
本文綜述了數字水印技術在無線傳感器網絡中的應用，并深入探讨了其在節點身份認證方面的實作方法。
數字水印技術在無線傳感器網絡中實作節點身份認證是一項具有潛力和前景的研究課題。通過持續的研究和改進，數字水印技術将為無線傳感器網絡的安全性和可靠性提供重要的保障，助力網絡在各個領域的廣泛應用。
在未來的發展中，期待數字水印技術能夠不斷創新和進步，成為無線傳感器網絡中不可或缺的關鍵技術。
«——【·參考文獻·】——»
[1] 基于可逆數字水印認證的無線傳感網資料融合協定. 蔣文賢;張振興;吳晶晶.通信學報,2018
[2] 數字水印的相關應用研究. 戚娜.電子設計工程,2017
[3] 基于無線傳感器網絡的安全路由協定研究. 馮瑩.通訊世界,2016
[4] 無線傳感器網絡安全研究. 楊波.電腦知識與技術,2016
[5] 基于CRC和可逆數字水印的無線傳感器網絡認證算法. 吳海燕;陳楊;季仲梅.計算機應用與軟體,2016