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物联网环境下的信任机制研究

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资料介绍

物联网环境下的信任机制是一个亟待研究的重要课题,文中提出物联网环境下层次化的信任架构,满足了不同主体的信任需求,隔离了机构信誉和阅读器信任.使用基于证据理论的方法推导动态运动阅读器的信任,因较短的标签通信距离使恶意事件检测效率较差,文中提出可验证缓存前次交互摘要的方法,有效检测出恶意的终端阅读器.在稳定的机构层,使用信誉机制维护机构信任.层间信任交互构成了“现象可信-行为可信-节点可信-机构可信-授权可信”的环流,使得信任得到快速收敛和反馈.实验表明,可验证缓存前次交互信息的方法有效解决了证据理论方法中因物体RFID通信距离短无法被邻居节点检测到的缺陷,层次化的信任机制具有较强的汇聚信任的能力,并有较快的收敛速度.

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计

机

学

报

V01．35 No．5

第35卷第5期

算

CHINESE OURNAL COMPUTERS

2012

May

2012年5月

物联网环境下的信任机制研究

刘文懋”

殷丽华2’

l’(哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院哈尔滨

方滨兴” 张宏莉”

150001)

2’(中国科学院计算技术研究所信息智能与信息安全研究中心北京100190)

摘要物联网环境下的信任机制是一个亟待研究的重要课题，文中提出物联网环境下层次化的信任架构，满足

了不同主体的信任需求，隔离了机构信誉和阅读器信任．使用基于证据理论的方法推导动态运动阅读器的信任，因

较短的标签通信距离使恶意事件检测效率较差，文中提出可验证缓存前次交互摘要的方法，有效检测出恶意的终

端阅读器．在稳定的机构层。使用信誉机制维护机构信任．层问信任交互构成了“现象可信-行为可信一节点可信一机

构可信一授权可信”的环流。使得信任得到快速收敛和反馈．实验表明，可验证缓存前次交互信息的方法有效解决了

证据理论方法中因物体RFID通信距离短无法被邻居节点检测到的缺陷，层次化的信任机制具有较强的汇聚信任

的能力。并有较快的收敛速度．

关键词

物联网；信任机制；证据理论；可验证缓存前次交互摘要；层次模型

DoI号：10．3724／SP．J．1016．2012．00846

中图法分类号TP393

Model for the Internet of

Hierarchical Trust

Things

YIN Li—Hua2’ FANG

ZHANG

LIU Wen-Mao”

Bin-Xin91’ ttong—Li”

Institute 150001)

of Technology，Harbin

”(School

Science and

ofComputer

Technology。Harbin

100190)

2’(Institute

ofSciences· BeQing

ofComputingTechnology· ChineseAcademy

model in the Internet of

Abstract Therole of the trust

Things(10T)represents

important

domain which is not

well studied．In this

a hierarchical trustmodel tO meet

paper，we propose

yet

and isolate

trust and reader

which

trust，in

ect trust

heterogeneous subj

the

requirement

can take

organization

verifiable

interaction

place：A

caching

digest(VCID)schema

following processes

introduced for the

evidence

theory

interaction，an

purposes

monitoring object—reader

improved

deduce unstable reader-reader trust，and

mechanism is used

long—term reputation

employed ^to

manage

trust flow is established

loop

the

this

indirect trust of

organizations．A cross—layer

through

levels of

and

authorizing．Within

following

trust：phenomenon，event，node，organization

towards the

flow，the reader trust from the lower

1ayer converges up

organization reputation

the

readers

supervisor

simulations

the

impact

quickly．With

analyzing

upper layer by way

communication

on the

range

abnormal node ratio，node

trust，the

organization

density，and tag

their

hierarchical trust model can

detect malicious

from

node behaviors

effectively

organizations

and has

in the distributed IoT environment．

demonstrated

Internet

good convergence

interaction

model；evidence

theory；verifiable caching

Keywords

Things；trust

schema；hierarchical architecture

digest

收稿日期。2011一08—30；最终修改稿收到日期：2011—09—19．本课题得到国家自然科学基金(61100181，61173145)，国家。八六三”高技术研

究发展计划项目基金(201IAA010705)和国家。九七三”重点基础研究发展规划项目基金(2011CB302605)资助．刘文懋。男，1983年生，

博士研究生，主要研究方向为物联网和网络安全．E-mail；．ict．ac．cn．殷丽华。女，1973年生，博士，主要研究方向为

网络安全．方滨兴．男，1960年生，博士，教授，博士生导师，中国工程院院士，主要研究领域为物联网和网络安全．张宏莉，女，1973年生，

博士，教授，博士生导师，主要研究领域为网络信息安全、网络计算．

万方数据

5期

刘文懋等。物联网环境下的信任机制研究847

种：一为基于身份的完全控制[3】，即通过证书确认对

方身份，并根据统一信任管理域中的策略进行授权，

这种架构可直接管理网络中节点，计算较方便，但其

引

言

身份和信任策略是固定的。不适合分布式环境；二为

基于信誉的信任管理[4]，即主体在计算客体的信任

度时，除使用自身经验外，还参考第三方对客体的评

价．在计算中可使用多种模型，如平均值[5]，贝叶斯

系统n1和向量机制口]等．信誉的建立和维护需要较

长时问，符合机构稳定的特性，同时机制可通过协

作，在分布式网络中快速检测出恶意节点，所以信誉

体系可应用于互联网中的机构．上述的计算模型中

客体信誉的更新主要源于主体对于客体交互的反

馈，但在物联网实际的应用中，机构问并无过多的交

互，交互多发生在机构～阅读器和阅读器一标签中，机

构信誉主要受其阅读器的行为的反馈，故使用信誉

系统评估机构的信任时，需考虑相应机构下属阅读

器的因素．

物联网将现实中的物体通过虚拟的互联网连接

起来，智能化的终端催生了大量新应用，其中重要的

有组织协作、人员跟踪和物流定位等．在上述应用

中，物体通过RFID阅读器组成的接入网与应用服

务器通信，为了保证交互是安全和可靠的，阅读器必

须是可信节点，即机构需对与其标签交互的阅读器

动态授权．但由于物联网环境复杂，而阅读器也不稳

定，机构无法直接推断未知阅读器的信任度，物联网

中的信任授权问题尚未得到很好解决．

解决动态授权问题的前提足在机构、阅读器和

标签间建立可靠的信任机制，然而物联网应用种类

众多，互联网和阅读器网络环境存在较大差异，机构

和阅读器有不同的信任特征，现在还没有一种方法

可直接应用于物联网．

在阅读器网络中，存在大量节点增减或移动的

现象，而基于身份的方法结构固定且计算开销较高，

基于信誉的方法要求主体存活时间较长，均不适用

于这种动态环境．在ad-hoc网络的研究中，往往采

用节点间协作，更新自己对各节点的信任值，最终推

导出恶意节点．所以阅读器主体在评估客体的信任

值时，主要是考察其行为，故称为基于行为的信

任口]．在具体的信任计算和节点状态推导过程中出

现了各种模型，如文献[9]中使用的D—s证据理论。

其根据与客体的交互，计算本地信任，并通过一个

TrustNet网络结合其它节点对客体的本地信任进

行合成，得到综合信任．证据理论通常有较好的计算

收敛性和可扩展性，但证据理论的Dempster合成

存在冲突风险，因为正交合成考虑不同报告中的相

同部分，如果有一个节点的报告与真实情况完全不

同，合成结果也会受影响，特别是在有伪造报告节点

的环境中，冲突尤为明显．与证据理论类似，Song等

人[1叩提出的基于贝叶斯决策理论模型的方法，其假

设不具备模糊性，节点行为总是非是即否，在文献

[11]中的实验表明这种确定性在快速变化的网络

中，恶意事件报告率并不理想，且当信任阈值较小

时，恶意事件误报率较高，且贝叶斯的先验概率及条

件概率需要专家知识，往往很难确定．此外，还有基

于熵理论[1幻的信任模型和基于云模型[133的方法，都

使用了不确定度描述信任，但如果主体和客体的信

任路径过长，不确定度会被放大．故两者在多级信任

链中收敛较慢}基于半环代数理论的信任模型[14]也

对此本文提出了一种层次化的信任机制，分离

了异构环境中主体的不同信任需求．根据证据理沦

的不足提出了一种可验证的缓存交互摘要方案

(Verifiable

Interaction

schema，

Digest

Caching

VCID)；在信任架构中构建了“现象可信一行为可信一

节点可信一机构可信一授权可信”的环流，将阅读器信

任和机构信誉很好地整合．实验表明，提出的VCID

方法比证据理论更能有效地检测出恶意的终端节

点；此外，层次化的信任架构具有很好的信任收

敛性．

本文第2节介绍相关的工作；第3节简要介绍

物联网的应用模型；第4节提出一种层次化的信任

机制；第5节分析影响信任机制的模型参数及所提

信任机制的性能；第6节进行简要总结．

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