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无线体域网中高效可撤销的无证书远程匿名认证协议

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通信学报 2018年第4期39卷 100-111页

作者：张顺范鸿丽仲红田苗苗安徽大学计算机科学与技术学院安徽合肥230601

为了保证无线体域网(WBAN,wireless body area network)中病人生理数据的安全和隐私,通信双方必须进行相互认证。现有的一些方案使用双线性对导致用户计算代价较大,其采用树形结构进行撤销会导致用户的存储代价较大。为了实现撤销同时... 详细信息

为了保证无线体域网(WBAN,wireless body area network)中病人生理数据的安全和隐私,通信双方必须进行相互认证。现有的一些方案使用双线性对导致用户计算代价较大,其采用树形结构进行撤销会导致用户的存储代价较大。为了实现撤销同时降低用户端的代价,构造了基于椭圆曲线的可撤销无证书远程匿名认证协议,基于即时更新时间密钥技术进行撤销。协议满足匿名性,相互认证和会话密钥建立等安全需求。与现有方案相比,实验分析表明认证协议用户端的计算代价和存储代价大幅降低,更适用于资源受限的无线体域网。安全性分析证实了协议在随机预言模型下是安全的。

关键词：无线体域网匿名认证可撤销无证书

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无线体域网安全路由算法设计与仿真

实验室研究与探索 2022年第1期41卷 138-142,147页

作者：冯维许丹夏晓威李沛杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018 华信咨询设计研究院有限公司移动研究院杭州310015

为提高无线体域网时延和安全性能,提出一种基于马尔科夫链的无线体域网低时延安全路由选择算法。该算法基于马尔科夫决策模型,将以安全中断概率为约束的路由选择问题转换为寻找动态系统最小时延成本的控制策略问题进行建模,采用拉格朗... 详细信息

为提高无线体域网时延和安全性能,提出一种基于马尔科夫链的无线体域网低时延安全路由选择算法。该算法基于马尔科夫决策模型,将以安全中断概率为约束的路由选择问题转换为寻找动态系统最小时延成本的控制策略问题进行建模,采用拉格朗日乘子法将该优化问题转换为无约束优化问题,并根据贝尔曼优化理论中的价值迭代算法,将无约束问题进一步简化为求解贝尔曼方程,运用实时动态规划算法得到安全路由。仿真结果表明,该方法在满足安全约束条件下,能够实时选择最优中继节点,优化平均延时。

关键词：无线体域网安全路由中继选择马尔科夫决策过程时延

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无线体域网低复杂度重复码解扩频方法研究

通信学报 2015年第8期36卷 146-152页

作者：迟宇陈岚吕超中国科学院微电子研究所北京100029

为了提高数据传输的可靠性,降低窄带接收机的复杂度,无线体域网标准IEEE 802.15.6采用了基于重复码的扩频方法。通过设计一种根据动态阈值选择性进行量度运算的解扩频结构,并结合硬判决阈值特性利用简化的最大比合并以及广义最小距离原... 详细信息

为了提高数据传输的可靠性,降低窄带接收机的复杂度,无线体域网标准IEEE 802.15.6采用了基于重复码的扩频方法。通过设计一种根据动态阈值选择性进行量度运算的解扩频结构,并结合硬判决阈值特性利用简化的最大比合并以及广义最小距离原理,提出了硬阈值—合并法和硬阈值—删除法,计算复杂度较小,同时解扩频性能近似最优。理论分析及仿真结果表明,与基于最大似然方法的解扩频相比,其扩频增益接近理论值,在高信噪比环境下,计算复杂度可降低86%以上。

关键词：解扩频重复码软判决低复杂度无线体域网

无线体域网异常数据检测和拓扑感知的路由协议研究

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无线体域网异常数据检测和拓扑感知的路由协议研究

作者：廖栋森广西大学

学位级别：硕士

随着5G网络的不断普及,无线体域网(Wireless Body Aera Networks,WBAN)作为万物互联和智慧医疗的一部分,在传统医疗以外开辟了一条人民能够负担的,可持续发展的医疗路径,为应对不断加剧的世界人口老龄化提供了新的解决方案。WBAN的核心... 详细信息

随着5G网络的不断普及,无线体域网(Wireless Body Aera Networks,WBAN)作为万物互联和智慧医疗的一部分,在传统医疗以外开辟了一条人民能够负担的,可持续发展的医疗路径,为应对不断加剧的世界人口老龄化提供了新的解决方案。WBAN的核心功能为实时检测人体健康状态。人体的健康状态和传感器软硬件故障产生的数据具有相似性,因此,WBAN需准确分辨出异常数据的来源。传统的WBAN异常数据检测方法将每个节点的数据传输至汇聚节点处再逐一处理,侧重于提高异常数据检测方法的准确性和降低异常数据检测方法的虚警率,但节点和汇聚节点之间始终保持通信状态,造成WBAN可持续工作时间和稳定性下降。另一方面,WBAN在检测出异常数据后,需传输至汇聚节点,而节点随着人体动作的变化使得体域网的网络拓扑结构不断变化,给WBAN最佳路由选择带来了困难。传统的无线体域网路由集中在优化网络的整体功耗和服务质量,对WBAN中网络拓扑结构频繁变化导致的路由性能下降考虑不足,缺乏有效的最佳路由机制。本文从以上问题出发,进行了如下研究:(1)提出了分层的WBAN异常数据检测模型。通过对WBAN中异常数据来源进行特征分析,将异常数据分成异常数据点和异常数据集。对于异常数据点,使用Hampel滤波器发现并替换异常数据点;对于异常数据集,提出了基于聚类的异常数据集检测算法,通过划分时间窗的形式,将整个数据集聚类的结果变换为每一个时间窗中的数据能否聚为一个类的问题,减少了节点传输给汇聚节点的数据,最后基于空间相关性对异常数据集进行验证,识别异常数据的来源。实验仿真表明,相比于对比的算法,所提出的异常数据检测方案通过对异常数据进行模块化分层处理,提高了检测精度,减少通信损耗。(2)提出了基于拓扑优化和链路感知的WBAN路由协议。根据无线体域网中拓扑结构不断变化的特点,首先根据人体结构对WBAN拓扑进行优化,通过添加中继节点建立主干网,提供节点和汇聚节点之间相对稳定的链接,然后对网络拓扑结构进行周期性感知,提供网络校准功能,最后通过调整主干网中继和节点中继获得最优化路径。仿真实验表明,基于拓扑结构优化和链路感知的路由协议和对比的路由协议相比,在人体拓扑网络结构频繁变化的环境下具有网络生存时间更长,吞吐量更大等优势。

关键词：无线体域网异常数据检测拓扑优化链路感知聚类

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无线体域网中隐私保护安全kNN查询协议

电子科技大学学报 2017年第5期46卷 722-727页

作者：张大方徐鸿玥李睿湖南大学信息科学与工程学院长沙410082 东莞理工学院计算机与网络安全学院广东东莞523808

针对无线体域网中的数据隐私问题,提出了一种适用于无线体域网的安全k NN查询协议,能够保护数据隐私与访问权限控制。该协议主要分3个部分,首先采用非对称矩阵向量积保值加密机制(ASPE)对数据和查询条件分别进行加密,从而保护数据的隐私... 详细信息

针对无线体域网中的数据隐私问题,提出了一种适用于无线体域网的安全k NN查询协议,能够保护数据隐私与访问权限控制。该协议主要分3个部分,首先采用非对称矩阵向量积保值加密机制(ASPE)对数据和查询条件分别进行加密,从而保护数据的隐私;其次基于R树的桶划分索引结构BRtree,将数据划分到桶节点后采用剪枝策略去除不必要的查询来提高查询效率;最后基于数据层面的访问权限授予与回收机制,从ASPE加密密钥中分解出权限密钥,通过可信第三方实现了访问权限控制和访问权限迁移。并在真实移动健康数据集上验证了该方案的有效性。

关键词：权限控制矩阵加密安全k邻近查询无线体域网

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无线体域网高效安全任务卸载方案研究

无线体域网高效安全任务卸载方案研究

作者：祝长鸿广西大学

学位级别：硕士

随着世界人口老龄化日益严重,慢性疾病人口数量不断增多,给各地区的医疗服务带来了巨大的压力。诸如高血压、心脏病、糖尿病等慢性疾病患者需要通过及时的医疗监管和服务抑制病情发展,而现有的医疗人力资源很难满足该条件。作为智慧医... 详细信息

随着世界人口老龄化日益严重,慢性疾病人口数量不断增多,给各地区的医疗服务带来了巨大的压力。诸如高血压、心脏病、糖尿病等慢性疾病患者需要通过及时的医疗监管和服务抑制病情发展,而现有的医疗人力资源很难满足该条件。作为智慧医疗领域的典型应用,无线体域网(Wireless Body Area Networks,WBAN)为该问题提供了新的解决方案。WBAN可以通过安装在患者身体表面或者植入身体内部的传感器提取相应的生理数据,并通过中心节点将信息汇聚并发送到医生的监控端,从而达到对患者健康状态的实时监控。但在高速发展的同时,由于设备自身的限制,WBAN也面临着计算资源匮乏的问题,可能导致医疗数据不能及时处理,降低系统的可靠性。同时,由于患者的生理数据具有隐私性,必须要保证传输过程中数据的安全,防止网络中的恶意攻击。本文对这两个WBAN现存的主要问题展开了重点研究,主要工作及创新如下:1.WBAN计算资源匮乏的问题一般采用移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)解决,但现有的工作大部分仅仅是将任务通过蜂窝网络卸载到移动边缘计算服务器(Mobile Edge Computing Server,MECS),少部分结合了设备到设备(Device to Device,D2D)通信或者Wi Fi网络,没有能够充分利用医疗场景中的通信计算资源。针对这个问题,本文提出了一种联合多种通信计算资源的WBAN任务卸载方案,将总任务卸载成本最小化与MECS负载均衡联立为一个多目标优化问题,并在传统的非支配排序遗传算法二代(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGAII)的基础上设计了一种基于“智能移动设备(Smart Mobile Device,SMD)-患者”连接矩阵(SMD-Patient Connection Matrix,SPCM)的NSGA-SPCM算法用于解决该问题。最后通过实验证明了所提出方案的优越性。2.针对患者数据在SMD网络中易受到内部恶意节点攻击的问题,本文设计了一种WBAN环境中可信SMD节点分配方案。通过将直接信任值、推荐信任值、推荐值的可靠性以及推荐节点与目标节点的熟悉程度相结合得到准确的信任评估模型,并设计了一种改进遗传算法(Genetic Algorithm,GA)得到了每个时隙中最优的节点分配策略。实验结果表明该方案能有效识别出网络中的恶意节点,并提高任务数据传输的可信度。

关键词：无线体域网任务卸载移动边缘计算遗传算法信任管理

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无线体域网的隐私保护认证协议研究

无线体域网的隐私保护认证协议研究

作者：何娇丽西安电子科技大学

学位级别：硕士

伴随着人口老龄化和亚健康化的趋势,持续健康监测和智能化疾病诊断的需求与日剧增。无线体域网(WBAN)因其能够满足实时健康监测、远程诊断的特点引起了研究人员的关注。WBAN网络主要由传感器构成,其中包含植入式微型传感器、可穿戴传感... 详细信息

伴随着人口老龄化和亚健康化的趋势,持续健康监测和智能化疾病诊断的需求与日剧增。无线体域网(WBAN)因其能够满足实时健康监测、远程诊断的特点引起了研究人员的关注。WBAN网络主要由传感器构成,其中包含植入式微型传感器、可穿戴传感设备、贴片式传感设备等。此类传感器设备收集用户的生理数据并将患者的健康数据以无线通信的方式发送给医生,医生可对用户信息进行健康评估。由于测量生理参数的生物传感器具有资源受限、低能耗等特点,因此能够用于计算、通信、存储的开销有限。另外,在患者生理数据传输过程中,开放的信道易遭受外界攻击,进而导致患者数据隐私泄露或损坏,因此保障患者隐私数据安全传输就显得尤为重要。研究人员在此方面进行了诸多研究工作,为保障信息传输过程中的安全性,设计了多种WBAN场景下远程传输的身份认证协议及WBAN内部的传感器间的相互认证协议。在研究人员设计的诸多协议中,部分协议存在一定的安全风险,比如(1)部分协议无法保障信息传输过程中的匿名性,具有被攻击者跟踪的风险。(2)部分协议设计过程中声称能够保证匿名性,但是其协议不能保障前向安全性及后向安全性等。另外,很多协议未能适用于新的场景需求。因此,继续为WBAN设计安全可靠的匿名协议是十分必要的。本文针对应用于WBAN中的认证协议进行了研究,主要工作包括:(1)提出一种改进的匿名可撤销隐私保护认证方案。针对Vijayakumar等人提出的无线体域网远程认证方案进行安全性分析,指出其协议无法抵抗伪造攻击及重放攻击等,无法实现其声称的安全性。为了克服原协议的安全缺陷,本文提出了一种改进的匿名可撤销隐私保护认证方案。在Dolev-Yao模型下,使用BAN逻辑及Tamarin形式化安全分析工具对提出的认证方案进行安全性证明和安全性分析,在通信和计算开销基本不变的情况下,能够抵抗伪造攻击、重放攻击等攻击手段并且具备前向安全性。与其他同类型方案进行比对,改进方案具有较高的安全性能及较低的计算及通信开销。(2)提出了一种基于PUF的轻量级传感器认证协议。针对无线体域网传感器资源受限的特点,通过控制器为传感器颁发匿名身份,结合物理不可克隆函数(PUF)及轻量级运算,为传感器间的相互认证设计一种基于PUF的轻量级匿名传感器认证协议。在Dolev-Yao模型下,使用BAN逻辑对所提协议进行安全性分析,同时使用Scyther形式化安全协议分析工具对所提方案进行安全仿真。协议分析结果表明,所提方案在Dolev-Yao模型下是安全的。对所提方案进行性能分析并与同类型认证方案进行对比,结果表明所提方案在具有较强安全性的同时具有较低的计算开销和通信开销。

关键词：无线体域网隐私保护传感器双线性对相互认证 PUF

基于区块链的无线体域网无证书密文等值测试签密方案

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电子学报 2023年第4期51卷 922-932页

作者：杨小东周航汪志松袁森王彩芬西北师范大学计算机科学与工程学院甘肃兰州730070 深圳技术大学大数据与互联网学院广东深圳518118

针对无线体域网密码方案中存在的密钥管理、密文检索与依赖可信第三方等问题,本文提出了一种基于区块链的无线体域网无证书密文等值测试签密方案.基于无证书签密机制,解决了传统方案中的密钥托管问题,保证了医疗数据的机密性与可认证性... 详细信息

针对无线体域网密码方案中存在的密钥管理、密文检索与依赖可信第三方等问题,本文提出了一种基于区块链的无线体域网无证书密文等值测试签密方案.基于无证书签密机制,解决了传统方案中的密钥托管问题,保证了医疗数据的机密性与可认证性.利用等值测试技术,实现了对云端医疗密文的检索,减少了数据用户对重复数据解密的计算开销.引入区块链与智能合约技术,消除了等值测试操作对可信云服务器的依赖.利用雾节点执行部分解密计算,降低了数据用户解密时的计算开销.在随机预言模型下,基于计算性Diffie-Hellman困难问题证明了本文方案满足单向性.与同类方案相比,本文方案支持更多的安全属性,并具有较低的计算开销.

关键词：无线体域网区块链等值测试无证书签密雾计算

无线体域网中具有等值测试功能的密码方案研究

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无线体域网中具有等值测试功能的密码方案研究

作者：周航西北师范大学

学位级别：硕士

无线体域网具有低时延,高精度与高灵活性等特点,在医疗监测领域发挥着重要作用。为了保证无线体域网中医疗数据的隐私性,用户通常将医疗数据加密后再进行传输与共享。然而,加密后的医疗数据失去了明文原有的结构与特性,这增加了对医疗... 详细信息

无线体域网具有低时延,高精度与高灵活性等特点,在医疗监测领域发挥着重要作用。为了保证无线体域网中医疗数据的隐私性,用户通常将医疗数据加密后再进行传输与共享。然而,加密后的医疗数据失去了明文原有的结构与特性,这增加了对医疗数据进行检索的困难性。密文等值测试技术能有效解决无线体域网中的密文检索问题,测试者可以判断两个或两个以上的密文是否由同一明文加密生成。针对现有密文等值测试方案存在的证书管理开销较大、不支持一对多数据共享和批量测试等问题,本文提出了以下三种面向无线体域网的密文等值测试方案。（1）针对证书管理开销较大与计算性能较低等问题,提出了一种无线体域网中支持等值测试的无证书签密方案。基于无证书签密体制,实现了医疗数据的可认证性,消除了传统无线体域网方案中证书的管理开销。引入雾计算技术,提高了访问用户对医疗密文进行解密的计算效率。分析结果表明,该方案在随机预言模型中满足选择密文攻击下的单向性。（2）针对医疗数据共享中数据访问用户的解密开销过高等问题,提出了一种无线体域网中支持等值测试的医疗数据共享方案。引入代理重加密技术,实现了数据拥有者与多访问用户间一对多模式的医疗数据共享。利用等值测试技术,实现了对患者最新医疗密文与初始医疗密文的高效匹配,消除了访问用户对重复数据解密的计算开销。与同类方案相比较,该方案具有较低的计算开销与通信开销。（3）针对现有无线体域网密文等值测试方案不支持多用户密文检索与多密文等值测试等问题,提出了一种支持多密文等值测试的聚合签密方案。利用多密文等值测试技术,实现了多用户密文检索与多密文批量测试。引入聚合签密机制,访问用户可以对医疗密文执行批量验证,提高了密文验证效率。分析结果表明,该方案达到了更高的安全性且具有较低的计算开销。

关键词：无线体域网密文等值测试密文检索代理重加密聚合签密