摘   要 ：以物联网的发展为背景,分析无线传感器网络安全问题以及具体的优化对策。采用理论分析与文献研究法,旨在提升物联网无线传感网络运行安全性和稳定性。从研究背景入手,阐明了物联网环境下无线传感器网络运营的重要性,明确了其核心结构以及具体特点。为解决物理安全、传输安全、密钥管理以及路由安全问题,提出了针对性的安全防控对策,为无线传感器网络安全体系的发展提供参考。

      关键词 ：物联网 ；无线传感网络 ；安全问题 ；防控方案

      0  引言

      随着互联网技术的高速发展,无线传感器网络成为物联网感知层面的核心架构,在社会的工业控制、环境监测等多个领域得到了广泛应用。但由于无线传感器网络节点资源有限、拓扑结构动态变化以及无线传输干扰,其在复杂的物联网环境下面临诸多安全挑战。对其风险进行分析并制定安全防控方案,可确保无线传感器网络的安全稳定运行 [1]。

      1  无线传感器网络的结构特点及问题分析

      无线传感器网络是由大量具有感知、计算以及无线通信能力的传感器节点构成的分布式网络。无线传感器网络通常由传感器节点、汇聚节点以及远程控制中心构成。传感器节点通常设置在无人值守的区域,采用自组织方式形成通信网络,可以精准采集周边环境的各类数据信息,并同步完成数据的传输和分析。远程控制中心会接收无线传感器网络采集到的信息,用于下一步的信息处理和指令传输 [2]。随着无线传感器网络应用价值的不断提升,网络功能逐渐丰富,汇聚节点也承担着搭建通信桥梁的职能,可以实现远程控制中心和互联网之间的数据信息共享。

      无线传感器网络的结构决定了其特性。节点资源有限是无线传感器网络的核心特点之一。传感器节点的体积较小且受到成本、存储容量、计算能力、电池能量等因素的限制,在设计算法以及安全协议期间,需要考虑资源约束影响。拓扑结构动态变化是无线传感器网络的另一特点。传感器节点运行会受到物理破坏、电池损耗等因素的影响,同时新的节点加入也会导致拓扑结构不断变化,这为安全管理以及路由协议的运行带来了一定挑战。此外,外界干扰因素较多,且无线传感器网络和互联网之间进行了信息共享与融合,这导致互联网层面的部分安全威胁也会影响无线传感器网络的运行稳定性,比如恶意攻击、信息泄露、信息干扰等,不利于无线传感器网络的稳定运行。

      2  互联网环境下无线传感器网络的主要安全问题分析

      基于无线传感器网络的结构和特点,能够确定此类网络体系受到的安全威胁。结合文献研究和经验,总结其问题主要体现在以下几个层面。

      2.1  物理安全风险

      由于传感器的节点会设置在无人值守的环境下,部分节点所处的环境过于恶劣,或呈现公开状态,很容易受到外界的物理攻击,最常见的问题为节点盗窃、篡改和破坏。攻击者会获取节点的硬件设备和其中的敏感信息,或者在节点中植入恶意代码,这些行为都会影响节点的运行安全性,导致监测区域的隐私受到安全威胁。

      2.2  传输安全风险

      信息传输过程中所面临的安全风险主要体现在以下几个层面。

      （1）数据截获。由于无线信道具备开放性, 部分攻击者可以直接对无线信道进行监听,获取其中的关键数据信息。若传输的数据并未进行加密处理,攻击者可以直接获取控制指令和监测数据。

      （2）数据篡改。这是传输过程中的常见风险。攻击者在截取数据后,会利用虚假信息替换其中的重要信息,直接导致获取到的数据信息错误,影响监测的精准性。

      （3）数据伪造。数据伪造指攻击者冒充合法节点,与其他节点进行通信。攻击者可以建立虚假的传感器节点,模仿其他节点,向汇聚节点发送虚假信息,这会干扰网络的运行状态,也会导致信息采集失真。

      （4）信息攻击。攻击者可以向传感器的节点发送大量的无关数据,占用传感器节点的算力和通信带宽,使该节点无法正常接收其他的数据,实现拒绝服务攻击,导致网络运行质量下降,严重的甚至会导致区域物联网瘫痪。

      2.3  密钥风险问题

      对无线传感器网络的运行进行安全管理的常见手段是密钥管理,包括密钥生成、分发、更新以及撤销等操作。但由于无线传感器网络节点资源有限,传统的密钥管理体系在部分无线传感器网络中缺少适配性,导致密钥生成困难、分发复杂、更新以及撤销便捷性较低,从而提升了密钥管理的复杂性和难度,需要结合无线传感器网络的运行需求,不断调整密钥管理方法和相关技术,这其中会产生诸多密钥管理漏洞,影响无线传感器网络的运行效率 [3]。

      2.4  路由安全风险

      路由安全问题着重体现在路由协议方面。路由协议是无线传感器网络中负责进行数据传输的核心组件。但无线传感器网络的拓扑结构变化动态性较强,且资源节点有限,导致其路由协议面临着不同类型的攻击,其类型与内容如表 1 所示。

      3  互联网环境下落实无线传感器网络安全防控对策

      基于无线传感器网络运行期间存在的主要风险问题,从技术角度制定针对性的防控对策,保障无线传感器网络的稳定运行,也可为物联网的安全发展构建安全防护基础。

      3.1  基于硬件升级和节点部署，落实物理安全风险防控

      节点硬件升级可以有效应对部分物理层面的安全风险。比如在设计传感器节点的过程中,可采用防篡改且具备抗干扰能力的硬件,以目前较为常见的加密芯片储存敏感信息,从物理层面防止外界干扰。其节点外壳通常以坚固耐用的材料为主,可以增强抗物理破坏性能。

      布设传感器节点期间,可结合外部空间环境的实际情况,合理选择位置,主要布设于隐蔽区域,减少被发现和物理攻击的概率。由于部分复杂环境下的物理安全风险因素较多,可以额外采用节点冗余部署的方式,在一部分节点遭受物理攻击、性能失效后,其他节点可以快速接替其工作,确保局域网络的运行稳定。

      3.2  构建严密的数据传输管理体系

      首先,采用数据加密方法保障数据传输的安全性,这是提升无线传感器网络运行稳定性的关键手段。由于无线传感器网络节点资源有限,在选择数据加密技术的过程中首选轻量级加密算法。例如 AES（Advanced Encryption Standard）算法, 其加密速度较快且安全性较高,消耗的资源量较少,可以广泛应用在无线传感器网络中 [4]。在传输数据过程中,对数据进行加密处理,汇聚节点根据相应的密钥进行解密,保证数据传输的机密性。

      其次,对传输期间的数据进行完整性校验是有效防止数据被篡改的重要手段。数据校验技术以目前较为常规的哈希函数（如 SHA-1、SHA-256 等）为主。通过生成信息摘要、与数据共同传输的方式,形成数据校验参数,接收端接收数据后,形成新的信息摘要。通过对比两次摘要的具体内容,判断数据信息的完整性,若摘要不一致,则代表数据传输期间被篡改,由此能够排查不可靠数据。

      最后,合理使用身份认证技术进行节点安全防护是防止攻击者对节点进行改造、替换的主要手段。身份认证技术以数字签名和身份证书为主,比如无线传感器网络中加入新的网络节点时,需要向汇聚节点进行身份认证,通过身份认证后才可加入 ；数据传输期间,发送节点需要对发送的数据信息进行数据签名,接收节点及时获取信息的数字签名,以判断其完整性。

      3.3  通过系统防控提升网络机密性

      针对传统密钥管理中存在的安全风险,可以基于概率打造密钥预分配方案。为每一个节点预分配一定数量的密钥,此类密钥均来自共享密钥池。在信息传输期间,两个节点之间若存在共同密钥,则可以建立安全连接,否则需要采用中间节点进行密钥协商。这种方式的优势在于不需要集中式的密钥分发中心,可以在规模更大的无线传感器网络中应用,可保障数据信息的完整性。

      同时,可以基于具体的地理位置,设立新的密钥管理体系。主要应用在信息传输节点不处于同一区域的传感器与网络中,为不同区域的节点分配不同的密钥,让信息传递在相同区域中发生。此种方法能够有效降低密钥储存量,提升区域信息传递的安全性和稳定性,但仅适用于小规模的无线传感器网络。企业内网或者部分机构的局域网若需要进行大规模的信息共享和传输,可以选择基于概率的密钥分配体系。

      此外,还需打造动态化的密钥更新机制, 防止密钥本身被篡改或密钥泄露产生风险,也对应了无线传感器网络动态性较强的特点。比如可以根据网络的运行状态对关键节点的密钥进行定期更新,密钥更新的条件包括但不限于以下情况 ：无线传感器网络遭受攻击之后 ；保密型数据和重要数据传输之前 ；部分节点失效或无线传感器网络中新增节点时。更新密钥期间,汇聚节点会向其他节点同步发送更新指令,完成密钥更新。在更新之前要检查各节点是否存在失效情况,若失效要及时撤销其密钥,防止密钥泄露。

      3.4  构建路由协议安全防控体系

      打造安全路由协议,提升路由系统的运行安全性,可在路由协议中增加数据完整性校验机制、身份认证机制,有效防止攻击者更改或者伪造路由信息。比如,基于 AODV（Ad-hoc On-Demand Distance Vector）协议的安全路由协议 SAODV,会将数字签名嵌入在路由请答以及路由应答消息中,保障路由信息的完整性 [5]。

      对恶意节点进行精准监测与隔离。在日常网络安全监测的过程中,若发现恶意节点,及时将其隔离并进行重点检查,防止恶意节点对无线传感器网络进行进一步破坏。恶意节点的检测标准通常以节点的信息发送频率以及异常行为为主,如节点的数据包转发率过高、路由信息的更新频率异常,在出现这些问题时,需要及时将其标记为异常节点,并采用人工或自动化手段进行验证。

      4  结语

      综上所述,为保障物联网环境下无线传感器网络的稳定运行,本研究对其中存在的问题进行了深入分析,并提出了基本的优化对策,包括物理防控、信息传输防控、密钥管理体系优化以及路由安全防护,以此保障无线传感器网络的稳定运行,为物联网的安全运营和发展奠定基础。

参考文献

[1] 黄金金,陈晶,张鲲.基于RS-SVM的无线传感器网络安全的应用研究[J].软件,2018,39(11):18-20.

[2] 王杰,于海兰.基于物联网的无线传感器网络安全机制设计[J].信息记录材料,2025,26(1):35-37+99.

[3] 黄海霞,莫永华,胡寒冬.无线传感器网络节点双向安全认证算法仿真[J].计算机仿真,2024,41(9):397-401.

[4] 王欢.无线传感器网络入侵检测及防御决策研究[D].兰州:兰州交通大学,2024.

[5] 梁修荣.基于同态加密的无线传感器网络数据安全存储方法[J].自动化与仪器仪表,2023(12):76-80.