水下無(wú)線(xiàn)通信的網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題

　　水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )受到水下通信環(huán)境的限制和自身特性的制約，面臨各種攻擊和威脅，對外部攻擊抵抗能力較弱，而現有的研究只是針對延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )壽命和節省能耗，對安全問(wèn)題不重視。

　　【摘要】水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )具有較多缺點(diǎn)，容易被惡意攻擊，例如信道窄、誤碼率較高、傳輸速率不快以及延時(shí)較高。水下通信網(wǎng)絡(luò )不同于陸地通信網(wǎng)絡(luò )，其具有獨特性，所以一定要開(kāi)發(fā)可靠、高效的安全機制。本文從水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的特性和安全弱點(diǎn)入手，研究了水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的安全需求，同時(shí)指出目前亟待解決的安全問(wèn)題。

　　【關(guān)鍵詞】水下;無(wú)線(xiàn)通信;網(wǎng)絡(luò )安全

　　一、水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的特性和安全弱點(diǎn)

　　水聲信道和水下環(huán)境相當復雜，造成水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )極大的不同于陸地無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )。目前水下無(wú)線(xiàn)通信系統都是以大傳播延遲的聲學(xué)鏈路為基礎，無(wú)線(xiàn)電波在自由空間的傳播速度比聲學(xué)信號在水中的傳播速度快五個(gè)數量級，水聲傳輸延遲為0.67/km。水下通信系統比陸地通信系統消耗的功率更多，由于水下硬件的價(jià)格不菲，因此水下傳感器布置零星疏遠，導致水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的傳輸距離也較遠。

　　為了通信覆蓋范圍得到保證，水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )對發(fā)射功率有較高的要求[1]。水下通信鏈路的質(zhì)量受到聲學(xué)信號的帶寬限制，很容易被衰落、聲學(xué)信道折射特性和多徑影響，造成聲學(xué)鏈路比特誤碼率(BitErrorRatio)較高，容易失去連通性。水流會(huì )使傳感器移動(dòng)，再加上自主巡航器的機動(dòng)性，會(huì )使得自主巡航器與傳感器之間以及自主巡航器之間難以完成可靠通信。

　　水聲信道與水下通信網(wǎng)絡(luò )的自身特性形成了水下通信網(wǎng)絡(luò )具有消耗大、誤碼率高、傳輸速率不高的缺陷。根據水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的特性可以得出水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的安全弱點(diǎn)：無(wú)線(xiàn)水下信道存在被的可能;傳感器不固定，它們之間的距離會(huì )因時(shí)間而變化;水下無(wú)線(xiàn)通信比陸地無(wú)線(xiàn)通信要有更多的功率被消耗，并且水下傳感器稀疏的布局會(huì )讓網(wǎng)絡(luò )壽命因為耗盡節點(diǎn)電池的耗能攻擊而受到嚴重威脅;比特誤碼率偏高會(huì )使得信息包存在誤差，關(guān)鍵安全信息包存在丟失的可能性;存在攻擊者截獲傳輸信息的可能，并可能丟掉或者修改信息包;水面上的有線(xiàn)鏈路和快速無(wú)線(xiàn)電會(huì )讓惡意節點(diǎn)有機可乘，形成帶外連接，我們稱(chēng)之為“蛀洞”;水下傳感器網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)拓撲結構會(huì )使“蛀洞”更加容易的產(chǎn)生，同時(shí)還會(huì )增加“蛀洞”的探測難度。

　　二、水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)路的安全需求

　　盡管水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )極大的不同于陸地無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，但是它們在安全需求上卻有相似之處，具體表現為以下幾個(gè)方面，數據機密性：對網(wǎng)絡(luò )中的傳輸數據進(jìn)行保護，防止未授權用戶(hù)竊取和修改傳輸數據，軍事應用應該是保護的重點(diǎn)，要對機密性問(wèn)題進(jìn)行著(zhù)重考慮。數據有效性：授權用戶(hù)獲得有效數據的行為可以得到保證，防止有時(shí)效性要求的水下探測如海嘯預測等在受到拒絕服務(wù)攻擊后影響其正常運作。身份認證：由于水聲信道具有開(kāi)放性，所以攻擊者可以利用這一特點(diǎn)輕易進(jìn)入并且傳輸惡意信息，因此數據來(lái)源的合法性在接受節點(diǎn)處必須進(jìn)行認證[2]。數據完整性：確保數據的原始和完整性，大多數被運用于環(huán)境保護的水下傳感器應用都要依靠數據的完整性。

　　三、尚待解決的水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題

　　針對安全時(shí)鐘同步來(lái)說(shuō)，以下問(wèn)題需要解決：根據延遲和“蛀洞”的攻擊，需要設計出一種有效的和可靠的時(shí)間同步方案，占用少量的計算和通信成本資源。根據水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )傳播延遲高和多變的特點(diǎn)，需要探究一種新的方法用于估算同步節點(diǎn)所要時(shí)長(cháng)。針對安全定位來(lái)說(shuō)，以下問(wèn)題需要解決:必須要設計出一種彈性算法可以在“蛀洞”攻擊和“女巫”攻擊時(shí)明確傳感器的位置。

　　需要設計出一種安全定位機制可以解決水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)移動(dòng)性問(wèn)題。根據在水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )中引入錯誤定位信息的攻擊，需要對加密算法進(jìn)行有效開(kāi)發(fā)。需要對危害或者惡意錨節點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)行識別開(kāi)發(fā)，防止錯誤檢測這些節點(diǎn)。針對安全路由來(lái)說(shuō)，以下問(wèn)題需要解決:需要設計出一種強大而快速的認證和加密機制用于對抗外部入侵者。需要對用于應對“污水池”和“蛀洞”攻擊的新技術(shù)加大開(kāi)發(fā)力度。

　　同時(shí)提高現有的應對技術(shù)，原因是“蛀洞”攻擊能夠利用分布式蛀洞可視化系統對距離估計信息包的緩沖時(shí)間進(jìn)行控制，得以實(shí)現自身的隱藏，而傳感器之間方向的誤差會(huì )影響到“蛀洞”彈性鄰居節點(diǎn)發(fā)現方法。需要開(kāi)發(fā)一種包含聲譽(yù)的系統分析鄰居的行為，同時(shí)拒絕包括非協(xié)作自私節點(diǎn)在內的路由路徑。需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的機制應對“女巫”攻擊、確認電子欺騙、選擇性轉發(fā)和呼叫泛紅攻擊等等的內部攻擊。

　　四、結束語(yǔ)

　　綜上所述，水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )受到水下通信環(huán)境的限制和自身特性的制約，面臨各種攻擊和威脅，對外部攻擊抵抗能力較弱，而現有的研究只是針對延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )壽命和節省能耗，對安全問(wèn)題不重視。因此，筆者對水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )存在的安全問(wèn)題進(jìn)行研究，旨在引起人們對水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題的重視，以盡快解決完善水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )系統。

　　參考文獻

　　[1]張春.有關(guān)水下無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )安全主要技術(shù)探析[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2014，(07)：63-65.

　　[2]王毅凡，周密.水下無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展研究[J].通信技術(shù)，2014，(06)：589-594.

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