Nghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp Watermarking (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp WatermarkingNghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp Watermarking

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - HOÀNG THỊ THU NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN THỰC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - HOÀNG THỊ THU NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN THỰC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 08.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG TRỌNG MINH HÀ NỘI – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm cá nhân nghiên cứu, tổng hợp Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố tác giả hay cơng trình khác Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Thị Thu ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới TS Hoàng Trọng Minh, người thầy định hướng hướng dẫn thực thành công đề tài nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, Khoa Quốc tế Đào tạo sau đại học - Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Ban lãnh đạo đồng nghiệp Viện công nghệ Thông tin Truyền thông CDIT, nơi công tác, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo ngồi trường trang bị cho tơi kiến thức q trình hồn thành học phần cao học Tôi xin cám ơn người thân, bạn bè thường xuyên quan tâm, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp tài liệu hữu ích thời gian học tập, nghiên cứu suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, xin chân thành gửi lời cảm ơn tới gia đình kiên trì chia sẻ động viên tơi suốt q trình thực nội dung luận văn Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Thị Thu iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi BẢNG KÝ HIỆU viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix DANH MỤC CÁC BẢNG xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu chung mạng cảm biến không dây 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 1.2.1 Cấu trúc node mạng WSN 1.2.2 Cấu trúc toàn mạng WSN 1.2.3 Cấu trúc đặc trưng WSN 1.3 Đặc điểm yếu tố ảnh hưởng tới WSN 13 1.3.1 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 13 1.3.2 Yếu tố ảnh hưởng mạng cảm biến không dây 14 1.4 Các công nghệ truyền liệu WSN 17 1.4.1 Bluetooth 17 1.4.2 Zigbee 17 1.4.3 Z-ware 18 1.4.4 6LoWPAN 18 1.4.5 Thread 18 1.4.6 Wifi 18 1.4.7 Cellular 19 1.4.8.NFC 19 1.4.9 Sigfox 19 1.4.10 Neul 20 iv 1.4.11 Lora 20 1.5 Các ứng dụng 20 1.5.1 Trong quân đội 20 1.5.2 Trong môi trường 21 1.5.3 Trong y học 23 1.5.4 Trong gia đình 23 1.5.5 Trong công nghiệp, nông nghiệp 24 1.5.6 Trong giao thông 26 1.6 Kết luận chương 27 CHƯƠNG NHẬN THỰC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 28 2.1 Nguyên lý nhận thực 28 2.1.1 Lý nhận thực 29 2.1.2 Giai đoạn nhận thực 29 2.1.3 Quy trình nhận thực 29 2.2 Các giải pháp kỹ thuật 30 2.2.1 Nhận thực dựa khóa cơng khai 30 2.2.2 Nhận thực dựa khóa đối xứng 30 2.2.3 Lược đồ nhận thực động 30 2.2.4 Lược đồ nhận thực động lớn 30 2.2.5 Lược đồ nhận thực nhẹ 31 2.2.6 Lược đồ nhận thực hiệu 31 2.2.7 Nhận thực sử dụng cấp hai TTUA 31 2.2.8 Nhận thực sử dụng cấp cao hai cấp TTUA 31 2.3 Các giao thức trao đổi khóa 32 2.3.1 Giao thức thỏa thuận 32 2.3.2 Giao thức truy xuất 33 2.3.3 Giao thức quản lý khác cho nút thu nhận 35 2.4 Các giao thức xác thực 36 2.4.1 Giao thức kích hoạt xác thực cảm biến (SAAP) 37 v 2.4.2 Giao thức xác thực lại Sensor -1 (SRP1) 38 2.4.3 Giao thức xác thực lại Sensor - (SRP2) 39 2.4.4 Giao thức kích hoạt xác thực người dùng (UAAP) 41 2.4.5 Giao thức xác thực người dùng chìm (USiAP) 42 2.4.6 Giao thức xác thực người dùng cảm biến (USeAP) 43 2.5 Kết luận chương 44 CHƯƠNG NHẬN THỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING 45 3.1 Đặt vấn đề 45 3.2 Giải pháp nhận thực watermarking 46 3.2.1 Kỹ thuật Watermark 47 3.2.2 Phân loại Watermark 49 3.2.3 Một số giải pháp nhận thực watermarking 51 3.3 Mơ hình hóa mơ kiểm chứng 53 3.3.1 Bài toán đặt 53 3.3.2 Mô kiểm chứng kịch công lưu lượng 59 3.4 Đánh giá giải pháp 61 3.5 Kết luận chương 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số BS Basic Station Trạm gốc CC Communication Giao tiếp CH Cluster Head Nút chủ DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số - tương tự DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosin rời rạc DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DP Data Processing Xử lý liệu DWT Discrete Wavelet Transform Chuyển đổi Wavelet rời rạc FA Flat Architecture Cấu trúc phẳng FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FT Fault to Lerance Khả chịu lỗi HC Hardware Constraints Ràng buộc phần cứng IAT Inter Arrival Time Thời gian liên tiếp gói tin ID Identification Mã nhận dạng LFS Location Finding System Hệ thống định vị MB Mobilizer Bộ phận di động MH Multihop Đa chặng NT Network Topology Cấu hình mạng cảm ứng PC Production Costs Chi phí sản xuất PC Power Consumption Tiêu thụ lượng PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ giúp cá nhân PG Power Generator Bộ phát nguồn PKC Public Key Crypto Mật mã khóa cơng khai PU Power Unit Bộ nguồn PU Processing Unit Bộ xử lý RF Radio Frequency Tần số vô tuyến vii SB Scability Khả mở rộng SD Smart Dust Hạt bụi thông minh SF Sensor Field Trường cảm biến SH Singlehop Duy SKC Symmetric Key Cryptography Mật mã khóa đối xứng SN Sensor Nodes Nút cảm biến SS Sensing Cảm nhận SU Storage Unit Bộ lưu trữ nhỏ SU Sensing Unit Bộ cảm nhận TA Tiered Architecture Cấu trúc tầng TM Transmission Media Phương tiện truyền dẫn TMN Task Manager Node Nút quản lý nhiệm vụ TU Transceiver Unit Bộ thu phát WINS Wireless Integrated Network Mạng cảm biến tích hợp khơng dây Sensors WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây viii BẢNG KÝ HIỆU A Cơ quan kiểm soát A B Cơ quan kiểm soát B BSj Trạm sở thứ j EiB(m) Mã hóa m, sử dụng khóa KiB G0j Nhóm tất thực thể không liên quan đến BSj Gj Nhóm tất thực thể liên quan đến BSj KiPS Khóa phiên riêng tư KiS Khóa phiên S tạo khoảng thứ i KiTS Khóa phiên tạm thời KjG Một khóa tạo từ BSj Kji Khóa thời gian BSj tạo khoảng cách thứ i N Số lượng nút cảm ứng phân bố vùng A Ni Nút thứ i ni Chuỗi thứ i trao đổi tin nhắn R Phạm vi truyền sóng Rk(t) Độ tin cậy khả chịu lỗi nút cảm ứng Sj Bộ sink thứ j t Khoảng thời gian khảo sát Td Khoảng thời gian thỏa thuận Tk Vé thứ k Ui Nút thứ i Uk Người dùng thứ k Vi Giá trị số cho khoảng thứ i Z (A) Phần tử xâm nhập Z bắt chước thực thể A λk Tỷ lệ lỗi nút k 52 Sun et al.[15] giải vấn đề toàn vẹn liệu WSN cách sử dụng kỹ thuật số watermarking Đề án cung cấp bảo vệ chống lại kiểu công khác nhau, chẳng hạn gói tin giả mạo cơng, chuyển tiếp chọn lọc, phát lại gói tin, truyền tải gói tin trì hỗn, gói tin giả mạo Giới hạn chương trình liệu bị khơng thể phát xác hồn tồn bên nhận gửi lại Panah et al.[1] khám phá vấn đề toàn vẹn liệu cách nhúng số mã chữ ký luồng liệu sử dụng kỹ thuật số watermarking Mục đích chữ ký mã để bảo vệ thuộc tính thống kê luồng liệu trước chuyển sang kỹ thuật watermark Một thiếu sót chương trình nói giải mã quy trình cần phải kiểm tra đầy đủ thời lượng liệu phát trực tuyến, bổ sung thêm phần chi phí Zhang et al.[13] sử dụng chương trình watermarking số để nhận thực liệu WSN, cung cấp hỗ trợ cố hữu để xử lý mạng kết thúc trình nhận thực Đề án thành cơng phát sửa đổi liệu Zhouet al.[18] đề xuất kế hoạch watermarking để ngăn chặn liệu cảm quan từ nghe trộm cơng giả mạo Mục đích hiệu mặt lưu trữ phát cơng gói cơng giả mạo Kamel et al.[6] đề xuất mơ hình watermarking miễn phí bóp méo cho truyền thơng liệu cảm giác an tồn WSN Trong sơ đồ này, watermarking chống lại loại công công sửa đổi, cơng chèn xóa cơng Trong nghiên cứu khác, Kamel et al.[7] đề xuất sơ đồ watermarking, có tên gọi watermarking chuỗi trọng lượng nhẹ để bảo đảm tính tồn vẹn liệu WSN Đề án đề xuất phát sửa đổi trái phép luồng liệu không cung cấp bảo mật liệu Wang et al.[2] đề xuất kỹ thuật giấu thông tin để đảm bảo truyền liệu WSN với thiết kế đặc biệt để ngăn chặn cơng với danh tính giải mạo kẻ công Một cấu trúc liệu không gian hiệu gọi lọc Bloom, sử dụng để nhúng thơng tin bí mật vào liệu ban đầu Kết thực nghiệm đánh giá kết cho thấy thơng tin nhúng phát nút độc hại với danh 53 tính giả mạo Tuy nhiên, đề án đề xuất không hiệu để phát công thực nút độc hại tính tồn vẹn liệu Bảo vệ quyền liệu cảm quan vấn đề đầy thách thức WSN Xiao et al.[12] đề xuất thuật toán watermarking để bảo vệ quyền liệu Watermark nhúng bao gồm thuộc tính số gửi thời gian gói Hiệu suất đề xuất mạnh mẽ đánh giá dựa ba tham số, khơng có phương pháp khóa, với phương pháp chiều dài khóa 8-bit, độ dài khóa 16 bit Wang et al.[19] đề xuất kỹ thuật watermark để bảo vệ quyền liệu WSNs Watermark nhúng liệu ban đầu cách sử dụng LSB MSRB bit trường liệu Cả hai liệu gốc watermark gửi tới BS để xác minh quyền liệu Ngoài quyền, bảng tra cứu sử dụng để nâng cao hiệu phân tích cú pháp liệu Kết thực nghiệm phân tích đề xuất đề xuất cho thấy liệu chứng thực đáng tin cậy trình truyền 3.3 Mơ hình hóa mơ kiểm chứng 3.3.1 Bài tốn đặt Tính tồn vẹn liệu điều quan trọng thách thức an ninh, u cầu WSN tính tồn vẹn nhận thực liệu BS Tôi đề xuất phương pháp để nhận thực liệu cảm biến dựa mơ hình zero watermark technique (ZWT) kết hợp với phân tích lưu lượng truy cập Trong kỹ thuật watermarking, nút cảm biến nhúng watermark vào liệu cảm biến BS xác minh tính tồn vẹn liệu Kỹ thuật ZWT sử dụng đặc tính liệu để tạo nên watermark, điều giúp hệ thống trở nên đơn giản mặt tính tốn, tiêu tốn lượng cho trình nhận thực thấp [8] Kỹ thuật ZWT tránh kiểu cơng làm thay đổi tin làm thay đổi đặc tính liệu, nhiên với kiểu cơng làm thay đổi lưu lượng phương pháp tỏ không hiệu Với kiểu công nhằm vào lưu lượng, kẻ cơng chiếm giữ luồng lưu lượng tới khu vực định loại bỏ gói tin mang nội dung đặc biệt 54 để tránh cho trạm gốc (BS) sớm phát Một node mạng bị chiếm đóng liên tục gửi gói tin giả theo phương thức DoS để làm tăng lưu lượng mạng Chúng ta giả sử có node bị chiếm đóng mạng cắt bỏ 20%, 50%, 80% 100% lưu lượng từ node con, gửi thêm tin rác làm tăng lưu lượng theo tỉ lệ tưởng ứng Kẻ công khơng thể thay đổi nội dung tin tính tồn vẹn liệu xác thực phương pháp ZWT Chúng ta giả sử node đối tượng bị công, ngoại trừ trạm gốc Khoảng thời gian gói tin liên tiếp nhận trạm gốc (IAT) tham số ta dùng để phát hành vi bất thường Những kiện ngẫu nhiên gây lỗi mạng tắc nghẹn đứt liên kết tạm thời dẫn đến phát cơng sai Vì ta cần kết hợp phân tích nhiều đặc tính lưu lượng để tăng tỉ lệ phát lỗi xác giảm cảnh báo sai Chúng ta đưa giả thiết ban đầu cho mơ hình mạng lưu lượng sau:  Các node cảm biến thu thập liệu từ môi trường xung quanh, sau có truyền thẳng tới trạm gốc (BS) thông qua node cụm chủ tương ứng  Trạm gốc hoạt động trung tâm nhận thực, bị công chiếm đóng Trong luận văn này, xem xét mơ hình điểm - điểm (one- to -one), mạng cảm biến bao gồm node cảm biến trạm gốc Mơ hình điểm- điểm mơ tả hình 1a Tất tin truyền từ node cảm biến tới trạm gốc không qua node trung gian (truyền dẫn đơn bước) Trạm gốc nhận liệu cảm biến thực q trình xử lý 3.3.2 Mơ hình hóa a Kịch xác thực điểm-điểm WSN Hình 3.4 mơ tả hoạt động q trình mã hóa giải mã watermark mơ hình WSN điểm - điểm Quá trình truyền liệu điểm - điểm bao gồm bước: tạo watermark, nhúng watermark vào liệu, phân tách watermark thuật toán nhận thực Phần tiếp theo, phân tích chi tiết hoạt động kĩ thuật watermark 55 dựa phân tích lưu lượng liệu Những kí hiệu ý nghĩa chúng trình bày bảng 3.1 đây: Bảng 3.1: Ký hiệu tham số d Dữ liệu cảm biến SK Khóa bí mật wl Độ dài gói tin liệu w0 Tần xuất xuất bit wt Thời gian thu thập gói tin wf Watermark || Phép nối bit E Mã hóa Ewf Watermark mã hóa dw Dữ liệu watermark ID Mã định danh node IAT Khoảng thời gian gói tin liên tiếp nhận trạm gốc 1) Tạo Watermark Quá trình tạo watermark sử dụng liệu cảm biến d làm đầu vào cho cho node cảm biến tạo watermark dựa đặc tính liệu là: mã nhận diện node ID, chiều dài gói tin wi , tần xuất xuất bit " w0 " thời gian node thu thập gói tin để tạo nên watermark w f gửi liệu Giả thiết mạng cảm biến hình thành, trạm gốc cấp cho node ID dài byte, trạm gốc lưu trữ sở ID để xác minh gói tin tới Thời gian thu thập gói tin tham số quan trọng để nhận thực gói tin đó, trạm gốc dựa vào trường thời gian ghi watermark gói tin liên tiếp so sánh với thời gian đến thật gói tin để phát cơng Thuật tốn mơ tả chi tiết q trình tạo watermark 56 2) Nhúng Watermark Trong trình nhúng watermark, phải liệu cảm quan d, watermark cuối w f , phím bí mật SK làm đầu vào tạo liệu đánh dấu dw phía đầu Trong thuật tốn 2, watermark wf cuối mã hóa với khóa bí mật SK (dòng 4) Sau đó, nhúng liệu cảm giác d với watermark mã hóa Ewf để tạo liệu watermarked d w gửi tới BS thông qua kênh truyền dẫn (các dòng 5-6) thể thuật tốn BS phân phối khóa bí mật tới nút cảm biến thông qua giao thức Hellman để đảm bảo độ dài bit cho khóa bí mật Hình 3.4: Mơ hình mã hóa giải mã watermark Thuật tốn 1: Tạo Watermark 1: Thủ tục: Watermark 2: Đầu vào: d 3: Đầu ra: w f 4: wl  Chiều dài gói tin (d) 5: w0  Tần xuất xuất bit gói tin (d) 6: wt  Thời gian bắt gói tin (d) 7: ID  Mã định danh node 57 8: w f  ID   wl w0 wt  9: Kết thúc trình Thuật toán 2:Nhúng Watermark 1: Thủ tục: Nhúng Watermark 2: Đầu vào: d , wf , SK 3: Đầu ra: d w 4: Ewf ← Mã hóa  w f , SK  5: d w  d Ewf Nhúng Watermark 6: Gửi liệu Watermark đánh dấu  d w  7: Thủ tục q trình Thuật tốn 3: Khai thác xác minh Watermark 1: Thủ tục: Phân tách nhận thực watermark 2: Đầu vào: d w , SK 3: Kết quả: xác minh/chưa xác minh 4: Nhận liệu đánh dấu  d w  5: Trích xuất watermark từ gói tin nhận d Ewf 6: w f ← Giải mã  Ewf , SK  Trích xuất Watermark 7: w ' f ← Chạy lại thuật toán Watermark tạo lại 8: Nếu  w f  w ' f  ID  IDSet  9: “Xác toàn vẹn liệu” 10: Nếu  IAT  IAT  IATmax  11: “Xác minh toàn vẹn lưu lượng” 12: Thủ tục kết thúc 58 3) Thu thập thẩm định watermark Thuật tốn 3, mơ tả hoạt động thuật toán phân tách xác minh trạm gốc Tại trạm gốc, thuật tốn trích xuất xác minh watermark qua thuật toán sử dụng liệu watermark d w khóa bí mật SK làm đầu vào tái tạo lại watermark w ' f từ liệu bóc tách để xác minh tính tồn vẹn liệu Trạm gốc nhận liệu watermark d w trích xuất thành d watermark mã hố Ewf dòng 4-5 thuật tốn Ở dòng 6, hoạt động giải mã thực với khố bí mật SK watermark mật mã Ewf để lấy watermark w f Trong phần xác minh, thuật toán tạo watermark thực lại liệu d để tái tạo watermark w ' f Thực so sánh để kiểm tra tính tồn vẹn liệu cách so sánh watermark w f w ' f dòng 8-11 thuật tốn Sau dựa trường thời gian thu thập gói tin wt gói liên tiếp, ta tính tốc độ gửi gói tên từ node cảm biến Dựa kĩ thuật phân tích lưu lượng, ta xác định khoảng giá trị cho khoảng thời gian gói liên tiếp (từ nguồn) đến trạm gốc Nếu khoảng thời gian thực tế đo nằm khoảng ta xác minh thêm tính tồn vẹn lưu lượng b Phân tích lưu lượng luồng liệu dựa thời gian đến hai gói tin liên tiếp (IAT) Trong phần khởi tạo, nút chuyển tiếp lấy mẫu giá trị IAT nút tham gia Nếu chất lượng liên kết tốt, tỷ lệ đến gói trung bình từ nút gần với tốc độ gửi phương sai IAT nhỏ IAT T xấp xỉ số mũ phân phối:  e  t , t  P T  t   { 0, t  Trong λ tham số tốc độ ước tính   ngưỡng T, tương ứng với phương trình sau: (3) Với T  wt1  wt2 α T 59 P T  Thigh    e P T  Tlow    e   Thigh T Tlow T   1     Thigh  T ln   2     Tlow  T ln 1    2 Do đó, khoảng thời gian cho IAT là:     Tlow  T ln 1    T  T ln    Thigh  2 2 (4) Nếu IAT nhận giá trị khoảng thời gian (4), xuất công với xác suất 1    có cảnh báo Trong khoảng thời gian (4) lớn phát giá trị cực đoan IAT với khoảng tin cậy xác dựa thực tế mức trung bình T có phân phối Erlang với tham số n , n kích thước mẫu  tham số tốc độ phân phối theo hàm số mũ Do đó, 100 1    % khoảng tin cậy trung bình cho IAT có dạng sau: T 'low,  2nT /  22 n, /2  T  2nT /  2n,1 /2  T 'high, ' (5) Khi  2 n ,1 /2  2 n, /2 thấp 1   /  cao  /  phần trăm phân phối với độ tự 2n tương ứng Ngưỡng (3, 5) cho thấy mức độ dương tính giả âm tính giả tốt tỷ lệ so với tiêu chí thường đề xuất, dựa mức phân phối thông thường, đặc biệt WSN dày đặc dễ xảy tắc nghẽn 3.3.2 Mô kiểm chứng kịch công lưu lượng Mô kịch WSN điểm - điểm thực phần mềm mô MATLAB Lưu lượng gói tin từ node cảm biến tới trạm gốc giả sử tuần theo phân bố hàm mũ yếu tố ảnh hưởng đến kênh truyền gói, tắc nghẽn, tham số sau chọn dựa thực tế để làm thiết lập môi trường mơ phỏng:  Diện tích 100x100 m2  Mơ hình trạm gốc  Số lượng node: 100  Các node phân bố theo phân bố 60  Tỉ lệ gửi gói tin: gói/ 1.5s  IAT luồng tin nhận trạm gốc tuần theo phân bố mũ  Chiều dài gói tin: 10B-100B sử dụng 4B cho watermark  Mức tin cậy  = 10%  Giả sử có node bị cơng  Kẻ cơng chặn gói thêm 20%, 50%, 80%, 100% số lượng gói tin Hình 3.5 cho thấy tỉ lệ phát cơng trung bình kĩ thuật phân tích lưu lượng dựa IAT thay đổi theo mức độ thay đổi lưu lượng kẻ công 20% 50% 100% đến 200% với tốc độ gói tin gửi từ node cảm biến gói 1.5s Tỉ lệ phát lỗi phụ thuộc vào mức tin cậy chọn công thức (5) Mức tin cậy định khoảng giới hạn IAT, khoảng giới hạn nhỏ dẫn tới phát sai trường hợp lưu lượng liệu bị thay đổi yếu tố ngẫu nhiên kênh truyền công Tuy nhiên khoảng giới hạn lớn dẫn tới việc không phát thay đổi lưu lượng bất thường Ta thay đổi mức tin cậy 10% 20% 30% Hình 3.5: Tỷ lệ phát cơng lưu lượng dựa tỷ lệ thay đổi tốc độ gói tin khoảng tin cậy 61 3.4 Đánh giá giải pháp Trong phần này, đề xuất mơ hình để xác minh tính tồn vẹn liệu cảm biến, dựa kỹ thuật zero watermark kết hợp với xác minh tính tồn vẹn lưu lượng dựa phân tích đặc tính thời gian gói liên tiếp Watermark tạo đặc trưng liệu cảm biến độ dài, tần suất xuất thời gian liệu cảm biến nút cảm biến Phương pháp sử dụng đặc tính liệu để tạo watermark (hay zero watermark) đơn giản nhiều so với phương pháp khác, ví dụ sử dụng hàm băm để tạo watermark Hàm băm có tính tốn tốn nhiều thời gian trình tạo băm Kết thực nghiệm phân tích hiệu suất cho thấy đề xuất đạt hiệu tính tốn tốt so với sơ đồ có Kỹ thuật phát dựa phân tích lưu lượng truy cập đến từ node cảm biến đến Trong giai đoạn khởi tạo, khơng có kẻ công giả định hoạt động vùng WSN, trạm gốc thu thập liệu từ nút hàng xóm một-hop tạo liệu hành vi nút Trong suốt thời gian hoạt động mạng, xảy bất thường kết nối sử dụng cách so sánh liệu thu với liệu ban đầu Vì phương pháp dựa ước tính thống kê phân phối xác suất thuộc tính giám sát hiệu đáng tin cậy Kể từ kỹ thuật dựa phương pháp thống kê đơn giản không yêu cầu mẫu lớn để ước tính tham số, giá trị ngưỡng cập nhật dễ dàng thay đổi môi trường ứng dụng 3.5 Kết luận chương Bài viết xem xét việc phát công WSN, số lượng thiết bị độc hại giảm tiêm gói lưu lượng truy cập mạng Kỹ thuật đề xuất dựa giám sát tốc độ tiếp nhận gói tin thời gian đến gói tin ứng dụng logic fuzzy để giảm thiểu tỷ lệ dương giả tối đa hóa tỷ lệ phát Các kỹ thuật đề xuất có chất phân tán sử dụng mạng lớn Nó khơng u cầu cài đặt phần cứng bổ sung chi phí liên lạc bổ sung Các phương pháp đề xuất nhẹ, hiệu quả, cho kết đáng tin cậy nhanh chóng, sử dụng phương pháp thống kê đơn giản tăng cường sức mạnh Bài viết cung cấp đề xuất tính tốn ngưỡng cho tham số Chi phí tính tốn thấp, u cầu nhớ thấp để 62 lưu trữ liệu thời gian trễ ngắn để tính ngưỡng cho phép thích ứng q trình hoạt động mạng thời gian Kết mô cho thấy rằng, kỹ thuật đề xuất có tỷ lệ phát cao công Khi kẻ công cố gắng hoạt động theo cách “lén lút” giảm tiêm nhỏ phần gói bất thường, phát cách đáng tin cậy phương pháp đề xuất, quy tắc thường đề xuất dựa giả định phân bố bình thường xuất tỷ lệ (10, 11), cho thấy độ xác thấp Kết phát xâm nhập không phụ thuộc vào số lượng thiết bị độc hại Việc kết hợp phương pháp Zero watermarking phân tích đặc tính lưu lượng liệu cho ta giải pháp nhận thực an tồn có tỉ lệ phát cơng cao với tiêu tốn lượng tính tốn hệ thống Trong tương lai tơi dự định nâng cao hiệu an ninh mạng cách phân tích thuộc tính khác liệu lưu lượng là: tỉ lệ gói tin nhận (packet delivery ratio) tỉ lệ gói tin nhận sai (bad packet ratio) 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu với nỗ lực thân hướng dẫn tận tình TS Hồng Trọng Minh, đề tài “Nghiên cứu nhận thực mạng cảm biến không dây phương pháp Watermarking” học viên hoàn thành với số kết sau Về mặt lý thuyết, luận văn trình bày chi tiết nội dung gồm:  Cấu trúc đặc điểm mạng cảm biến không dây;  Một số công nghệ then chốt để truyền liệu mạng cảm biến không dây;  Các ứng dụng mạng cảm biến không dây quân đội, y học, mơi trường, giao thơng, gia đình, cơng nghiệp nơng nghiệp;  Phần nhận thực mạng cảm biến không dây gồm: nguyên lý, giải pháp kỹ thuật, giao thức trao đổi khóa, giao thức xác thực chính;  Phương pháp Watermark giải pháp nhận thực sử dụng mạng cảm biến khơng dây;  Mơ hình hóa, mơ kiểm chứng sử dụng kịch công lưu lượng Về mặt ứng dụng, học viên đề xuất cải tiến cụ thể phương pháp nhận thực mạng cảm biến không dây sau: Đề xuất giải pháp nhận thực kết hợp hai phương pháp Zero watermarking phân tích đặc tính lưu lượng liệu nhằm phát tỷ lệ công hạn chế lượng tính tốn hệ thống Bằng phân tích lý thuyết kết mơ trình bày luận văn cho thấy số ưu điểm định nhận thực mạng cảm biến không dây đề xuất Tuy nhiên, vấn đề sau cần nghiên cứu tiếp trình bày hướng nghiên cứu cần tiếp tục Những kết nghiên cứu luận văn đạt mục đích nghiên cứu đề với số đóng góp nhỏ phần mô Học viên 64 mong nhận góp ý nhà khoa học, đồng nghiệp bạn bè để hồn thiện cơng trình nghiên cứu Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Hồng Thị Thu 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO A S Panah, R v (2015) "In the shadows we trust: A secure aggregation tolerant watermark for data streams," IEEE 16th International Symposium on a, In World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks (WoWMoM) pp 1-9 B Wang, H Q (2015) “ A Secure Data Transmission Scheme Base on Information Hiding in Wireless Sensor Networks," In International Journal of Security and Its Applications 9, No.1 pp 125-138 B Wang, J S (2015) " A Copyright Protection for Wireless Sensor Networks based on Digital Watermarking," International Journal of Hybrid Information Technology 8, No.6 pp 257-268 Cremers, C (2008) The scyther tool: Verification, falsification, and analysis of security protocols In International Conference on Computer Aided Verification; Spring: Berlin/Heidelberg, Germany pp 414-418 Das, M (2009, 8) Two-Factor user authentication in wireless sensor networks IEEE Trans Wirel Commun pp 1086-1090 I Kamel, O A (2009) “Distortionfree watermarking scheme for wireless sensor networks,” in International Conference on Intelligent Networking and Collaborative Systems (INCOS) pp 135-140 Juma, I K (2010) “Simplified watermarking scheme for sensor networks," In International Journal of Internet Protocol Technology 5, No.1-2 pp 101-111 Khizar Hameed, M K (2016) A Zero Watermarking Scheme for Data Integrity in Wireless Sensor Networks trang 119-126 Ko, L (2008, October) A novel dynamic user authentication scheme for wireless sensor networks In Proceedings of the IEEE International Symposium on Wireless Communication Systems, Reykjavik, Iceland pp 21-24 10 Kumar, P., Gurtov, A., Ylianttila, M., Lee, S., & Lee, H (2013) A strong authentication scheme with user privacy for wireless sensor networks ETRI J , pp 889-899 66 11 Kumari, S., Khan, M., & Atiquzzaman, M (2015) User authentication schemes for wireless sensor networks: A review Ad Hoc Netw trang 159-194 12 Q Ding, B W (2015) " A reversible watermarking scheme based on difference expansion for wireless sensor network," International Journal of Grid Distribution Computing Vol.8, No.2 pp 143-154 13 R X Xiao, X S (2008) “ Copyright Protection in Wireless Sensor Networks by Watermarking," in 8th International Conference Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (IIHMSP) 08 pp 7-10 14 W Zhang, Y L (2008) “Secure data aggregation in wireless sensor networks: a watermark based authentication supportive approach," Pervasive and Mobile Computing, vol 4, no pp 658-680 15 Wong, K., Zheng, Y., Cao, J., & Wang, S (2006, June) A dynamic user authentication scheme for wireless sensor networks In Proccedings of the IEEE International Conference on Sensor Networks, Ubiquitous and Trustworthy Computing, Taichung, Taiwan pp 5-7 16 X Sun, J S (2013) “ Digital watermarking method for data integrity protection in wireless sensor networks," International Journal of Security and Its Applications, vol.7, no.4 pp 407-416 17 Xiao, X S (2013) "A reversible watermarking authentication scheme for wireless sensor networks,” Information Sciences, vol.240 pp 173-183 18 Yoo, S., Park, K., & Kim, J (2012) A security-performance-balanced user authentication scheme for wireless sensor networks Int.J.Distrib.Sens.Netw 2012 pp 10-38 19 Zhang, L Z (2012) “A secure data transmission scheme for wireless sensor networks based on digital watermarking," in 9th International Conference on Fuzzy System and Knowledge Discovery (FSKD) pp 2097-2101 20 Zhou, Q., Tang, C., Zhen, X., & Rong, C (2015, Appl) A secure user authentication protocol for sensor network in data capturing J Cloud Comput Adv Syst, pp 4, ... nghiên cứu đề tài Nghiên cứu nhận thực mạng cảm biến không dây phương pháp Watermarking nhằm nghiên cứu tiềm nhận thực giải pháp cụ thể Từ đó, xây dựng khung lý thuyết cách nhận thực mạng cảm. .. giải pháp sử dụng nhận thực phương pháp watermark ứng dụng cho mạng cảm biến khơng dây, sở đề xuất cải tiến phương pháp nhận thực mạng cảm biến khơng dây Đối tượng nghiên cứu luận văn giải pháp. .. trung nghiên cứu vấn đề liên quan tới nhận thực mạng cảm biến không dây mong muốn đề xuất giải pháp nhận thực dựa watermark để phù hợp với số yêu cầu mạng cảm biến không dây Tiếp cận nhận thực phương