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面向物联网的Sybil入侵防御系统设计与实现

更新时间：2019-12-12 20:11:46 大小：328K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 Sybil入侵防御系统 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

设计物联网中的Sybil入侵防御系统,进行人侵检测,保障物联网的网络安全,针对当前入侵防御系统拦截准确性不好的问题,提出基于网络入侵信号检测和前馈调制滤波设计的物联网Sybil入侵防御系统设计方法;首先进行Sybil入侵防御系统总体设计描述和功能分析,然后进行Sybil入侵信号检测算法设计,最后完成面向物联网的Sybil入侵防御系统硬件设计和软件开发,实现系统的集成设计;仿真测试表明,采用该系统进行物联网中的Sybil入侵检测的准确度较高,性能较好,具有较强的兼容性和友好性.

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文献标识码：A

文章编号：1671—4598(2017)03—0180—04

DOI：10．16526／j．enki．11--4762／tp．2017．03．049

中图分类号：TP393

面向物联网的Sybil入侵防御系统设计与实现

陈

磊

(新疆轻工职业技术学院信息与软件分院，乌鲁木齐830021)

琳，李勇，王

摘耍：设计物联网中的Sybil人侵防御系统，进行人侵检测，保障物联网的网络安全，针对当前入侵防御系统拦截准确性不好的问

题，提出基于网络入侵信号检测和前馈调制滤波设计的物联网Sybil入侵防御系统设计方法；首先进行Sybil入侵防御系统总体设计描述

和功能分析，然后进行Sybil人侵信号检测算法设计，最后完成面向物联网的Sybil人侵防御系统硬件设计和软件开发，实现系统的集成

设计；仿真测试表明，采用该系统进行物联网中的Sybil人侵检测的准确度较高，性能较好，具有较强的兼容性和友好性。

关键词：物联网；入侵；检测；防御；网络安全

and

Intrusion Prevention

Design

Implementation

Sybil

System

Based on Internet of

Things

Yong，Wang ^Lei

Chen

Lin，Li

of Information and

Institute of

Light

industry

Technology，Urumqi

830021，China)

(Department

Software，Xinjiang

the

intrusion defense

of Internet of

the

of Internet of

security

detection，to protect

things

signal

Abstract：Design

SybiI

system

things，intrusion

at the

of current intrusion defense

is not

network intrusion

intrusion defense

oriented

networking

problem

system，sucbas：the accuracy

good，proposed

network．Aiming

andfeedforward modulation filter

and function

of IOT

intrusion defense

intrusion

method．First

detection

design

Sybil

system design

detection

Sybil

system

overall

then the

analysis，and

hardware and software

description

Sybil

signal

algorithm

designed，the

design

tests show that the

system

intrusion defense

Sybil

system

design

intrusion detection

development，systemintegration design．Simulation

and

friendly．

is used in the Internet of

Keywords：Internet

strong

compatibility

things Sybil

accuracy

higher，better performance，with

security

things；intrusion；detection；defense；network

测的精度较高，但是该系统设计受到基线漂移的影响容易导致

失真，在受到较大强度干扰下对Sybil入侵检测的准确度不

高；文献[5]提出一种引入偏移量递阶控制的网络入侵

HHT检测算法，使用AD公司一款高性能A／D芯片AD9225

进行面向物联网的Sybil入侵防御系统的开发设计，通过AD

采样得到网络入侵的偏移量特征，进行偏移控制，结合Hil-

bert—Huang变换实现病毒入侵检测，实现网络入侵防御系统

优化设计，取得了较好的检测性能，但是该入侵防御系统的计

算开销较大，实时性不好[6。7]。针对上述问题，本文提出一种

基于网络入侵信号检测和16位定点DSP内核前馈调制滤波设

计的物联网的Sybil入侵防御系统设计方法。首先进行Sybil

入侵防御系统总体设计，然后进行了Sybil入侵信号检测算法

设计，最后进行了面向物联网的Sybil入侵防御系统硬件设计

和软件开发，实现系统的集成设计，通过仿真测试进行了性能

验证，展示了本文设计的入侵防御系统在入侵检测中的优越

性能。

引言

随着无线传感器网络通信技术和物联网技术的发展，越来

越多的应用环境采用传感器和无线通信设备终端进行数据传输

和信息交流，构成大型的物联网通信系统，在物联网组网环境

下，由于物联网节点的自组织性和广分布性的特点，容易受到

网络的攻击和病毒入侵，特别是Sybil入侵表现比较突出，

Sybil人侵是利用物联网感知层和中间层的通信链路漏洞进行

病毒入侵，带来网络安全隐患。研究物联网中的Sybil入侵下

的入侵防御检测问题，提高物联网安全防范能力，在网络安全

和物联网组网设计中具有重要的应用价值，相关的入侵防御系

统设计方法受到人们的极大重视n“j。

对面向物联网的Sybil入侵防御和识别是建立在Sybil入

侵下的信息特征提取和入侵信号检测的基础上，面向物联网的

Sybil入侵防御系统是利用Sybil入侵信号的统计特征和高阶谱

聚焦特征，进行信号检测识别，并结合高速数字信号处理芯片

进行入侵防御系统的开发和设计，取得一定的研究成果，其

中，文献[4]提出一种基于APD最佳雪崩增益控制技术的物

联网Sybil入侵检测系统设计方法，结合Emulator硬件开发环

境实现对Sybil入侵检测识别，对物联网环境下的病毒入侵检

系统的总体设计描述与算法设计

1．1面向物联网的Sybil入侵防御系统总体设计

为了实现对面向物联网的Sybil入侵防御系统优化设计，

首先构建系统的总体结构模型，物联网路由链路层一种典型的

Hoc组网，链路层结构分别可以概括为：RNICODE和

收稿日期：2016—10—13；修回日期：2016—11—08。

基金项目：2016年度新疆维吾尔自治区高校科研计戈q项目

(XJEDU20161059)。

URI层、协议堆栈空间层等，其中RNICODE和URI层构成

了物联网的感知层和中间层，在感知层和中间层的链路漏洞中

容易产生Sybil入侵，面向物联网的Sybil入侵防御系统通过

网络通信节点实现病毒入侵检测，主要包括了滤波电路模块、

主控电路模块、AD电路模块和检测模块。其中，对病毒入侵

作者简介：陈琳(1964一)，男，浙江兰溪人，硕士，副教授，主要从

事网络安全方向的研究。

万方数据

第3期

陈琳，等：面向物联网的Sybil入侵防御系统设计与实现

181

检测模块是整个防御系统的核心单元，面向物联网的Sybil入

侵防御系统采用的是嵌入式系统进行集成芯片开发和信息处

理，采用无线通信技术进行数据传输和病毒入侵检测，采用

PCI总线技术进行数据采集，其时钟频率为33 MHz或66

MHz，采用32位或64位数据线进行电源供电。物联网网络包

括4类基本实体对象：目标、观测节点传感节点和感知视场，

因此在进行面向物联网的Sybil入侵防御系统开发设计中，需

要通过配置中间件完成面向物联网的Sybil入侵防御系统的各

种配置工作，例如路由配置、定位系统配置等[8。1 。在受到网

络攻击或者能量消耗终止时，接受中断请求，当硬件装置或软

件指令请求中断时，状态寄存器STl中发出中断响应信号／

lACK，进行Sybil入侵检测，根据上述总体设计思想描述和功

能指标分析[11。”]，得到本文设计的面向物联网的Sybil入侵防

御系统结构框图如图1所示。

如，一n‰ 。，斋厂(字)学

式中，，(￡)为Sybil入侵信号的非平稳态频谱，p(a，6)为伪平

稳扩展函数，口为谱密度，b为时延参数。为了提高检测性能，

采用功率谱密度加权，加权系数b。一0，C。为合适的短时窗函

数，采用合适的短时窗函数进行自适应检测，得到检测输出的

功率谱密度特征为：

y 一铷叻 a，斋，(宇)学

物联网在受到攻击下产生网络波动跳变，采用伪平稳随机

过程分析处理方法，得到检测波束域为：

(5)

。严f止垫比幽<。。

式中，F(m)是，(￡)傅立叶变换，常数C，称为函数，(f)的波束

高阶累积特征函数。通过高阶累积量特征提取，得

到Sybil入侵特征的复包络分别为：

}

一

(6)

“∞一j sin(号 )dx

y(t)一u(s(t—r))exp(jwcS(￡一r))

(7)

式中，口表示满足平稳性的假设的指向性特征，“(t)

为复包络，60C为能量密度。对于宽带Sybil入侵信

号，指向性增益为：

c(口)

J．coS(号z2)出

由此得到了Sybil 入侵信号的波束指向性特征分

图1面向物联网的Sybil入侵防御系统结构框图

解结果为：

1．2

Sybil入侵检测算法设计

s(，)I—A√壶{[c(口· )+c(功)]2+[s(口1)+s(现)]2)

(9)

在上述构建了面向物联网的Sybil入侵防御系统的总体设

计结构模型的基础上，进行系统的开发设计，Sybil入侵防御

系统设计包括算法设计、硬件设计和软件设计三大部分[14‘1“，

在此，首先进行Sybil入侵防御系统的算法设计，检测算法在

建立在信号处理算法基础上的，通过对Sybil入侵信号模型构

建，结合信号特征提取和检测算法，进行人侵检测，在物联网

环境下。给出Sybil入侵的信号模型表达式为：

采用盲源分离方法，进行时频分布下的入侵检测，在t时

刻散射特性函数为：

．

e-*r

(10)

(11)

Pf(￡)一垒P呐Rh

磊r

化简得：

．

+产。h、

z(￡)一s(￡)+js(￡)o^(f)一s(z)+J

i坠旦du—

Pi(￡)=了A e-J2kratine抻h

’’n’=一I

J‘一“

一。。

其中：A为Sybil入侵的混响幅度，r为信号的初始频率，k

(1)

s(￡)+jH[s(t)]

=节D为信号总能量，e为调频信号带宽。根据上述检测算法

式中，s(￡)称为Sybil入侵信号z(≠)的瞬时幅度，也称为包络；

^(t)称为频域到时域的映射相位，z(，)可由S(，)通过小波变

换得到，H(，)为Sybil入侵信号的局部(或域)平稳长度。

Sybil入侵信号频率分量是一组非平稳随机信号，信号的谱图

具有时变性和非线性。假设Sybil入侵的短的时间间隔定义为

Y3m，m [1，n]。计算出Sybil入侵过程中各个不同时刻的功率

谱写作：

』

设计，进行Sybil入侵检测的程序设计，通过程序加载模块进

行Sybil入侵防御系统的检测模块设计。

2系统设计与实现

2．1

Sybil入侵防御系统的硬件模块化设计

在上述进行了Sybil入侵防御系统的总体设计和入侵检测

算法设计的基础上，进行Sybil入侵防御系统的硬件设计和软

件开发，系统的模块化设计主要包括了滤波电路模块、主控电

路模块、AD电路模块和检测模块。采用前馈调制滤波器进行

Sybil入侵检测特征匹配，构建滤波器电路。

．

—

(2)

y(￡)一||b(r，妒)exp[j2rapt]f(t—r)d甜妒

JJ坤

其中：6(r，伊)是非乎稳扩展函数，，(￡)为窗口附近内的频

率分量，r为短时Fourie时延，妒为Sybil入侵信号随着时间变

化的频移特性。假设Sybil病毒数据在进行物联网攻击中，对

其窗口附近内的信号作随机相位扩展，得到输出的信号时域扩

展函数为：

以面向物联网的Sybil入侵信号为原始输入，给出一种简

单的滤波器形式：

万方数据

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