無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種安全高效的分布式數(shù)據(jù)存儲方案

范 容，平玲娣，傅建慶，潘雪增

（浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 杭州310027）

1 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network，WSN）由大量微小傳感器節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間采用多跳、無線射頻或光波等方式通信，相互協(xié)作共同完成諸如數(shù)據(jù)采集、目標(biāo)跟蹤和指定區(qū)域監(jiān)控等任務(wù)[1]。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，一般通過兩種方法來收集感知數(shù)據(jù)：通過傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)地感知環(huán)境變量，采集數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到匯聚節(jié)點(diǎn)（sink node）進(jìn)行存儲；傳感器節(jié)點(diǎn)在獲取感知數(shù)據(jù)后并不立即轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點(diǎn)，而是存儲在本地節(jié)點(diǎn)或者本地的數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)上。第二種方法被廣泛應(yīng)用于無人值守的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（unattended wireless sensor network，UWSN）[2]。這是由于在UWSN應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)大多被部署在惡劣環(huán)境中，例如冰川、深海、火山口等區(qū)域，人類接近這樣的區(qū)域比較困難，且節(jié)點(diǎn)間通信困難，部署用于存儲感知數(shù)據(jù)的匯聚節(jié)點(diǎn)也是十分困難的事情。再者，在某些場景下用戶關(guān)心信息的摘要，包括歷史信息的概要或者經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果，需要感知數(shù)據(jù)的摘要信息而不是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這樣感知數(shù)據(jù)不需要立即發(fā)送到中央節(jié)點(diǎn)或用戶終端，而是長時(shí)間保存在傳感器節(jié)點(diǎn)上[3]，例如過去兩周內(nèi)的平均濕度，過去兩個(gè)月內(nèi)河水中含氧量的變化或者過去半年內(nèi)土壤中化學(xué)物質(zhì)的濃度[4]。這些感知數(shù)據(jù)通過基站定期獲取或用戶自行提取，可避免感知數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，降低通信消耗，延長節(jié)點(diǎn)生命周期。

目前對于無人值守?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)取得了諸多成果[2～7]。例如在參考文獻(xiàn)[2，4，6]中，傳感器節(jié)點(diǎn)并不實(shí)時(shí)發(fā)送感知數(shù)據(jù)，而是存儲在節(jié)點(diǎn)上直到用戶來讀??；參考文獻(xiàn)[3]提出了一種基于秘密共享技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲策略，提高了數(shù)據(jù)存活率，降低了通信消耗；參考文獻(xiàn)[5]運(yùn)用傳感器的日志信息進(jìn)行分析，來獲取感知數(shù)據(jù)的歷史趨勢；參考文獻(xiàn)[7]提出了一種基于數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的存儲方法，將相關(guān)性質(zhì)相同的數(shù)據(jù)以一定命名規(guī)則進(jìn)行命名，并存儲在特定節(jié)點(diǎn)上。

由于傳感器節(jié)點(diǎn)所擁有的資源有限，設(shè)計(jì)一種安全、高效的感知數(shù)據(jù)存儲方案面臨諸多挑戰(zhàn)，需要在設(shè)計(jì)方案中平衡安全、效率、可行性等方面因素。并且由于傳感器節(jié)點(diǎn)長期暴露在外，很容易受到各種攻擊，例如將傳感器節(jié)點(diǎn)熔化、腐蝕或者擠壓破碎等物理攻擊，網(wǎng)絡(luò)攻擊者所實(shí)施的俘獲節(jié)點(diǎn)、篡改數(shù)據(jù)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)攻擊。總體來說，一個(gè)安全、高效的感知數(shù)據(jù)存儲方案需要滿足以下3點(diǎn)設(shè)計(jì)要求。

· 安全性：在存儲期間，非授權(quán)用戶或者攻擊者都無法讀取已經(jīng)存儲在節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，能抵御節(jié)點(diǎn)妥協(xié)攻擊。

· 完整性：在存儲期間，任一節(jié)點(diǎn)可檢查其共享數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的完整性，防止被攻擊者修改。

· 可靠性：在發(fā)生數(shù)據(jù)丟失時(shí)，能在一定程度上保證原始感知數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

為了滿足以上設(shè)計(jì)要求，我們研究了基于門限的秘密共享機(jī)制，并運(yùn)用哈希鏈技術(shù)來提高節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)的安全性與可靠性，還提出了一種基于正交向量的動態(tài)完整性檢查機(jī)制來保障感知數(shù)據(jù)的完整性。本文的創(chuàng)新之處在于：研究基于門限的多重秘密共享機(jī)制，并運(yùn)用此技術(shù)在數(shù)據(jù)加密過程中，較好地平衡了系統(tǒng)的安全性與可行性；提出一種基于正交向量的動態(tài)完整性檢查機(jī)制，減少了不必要的通信消耗與計(jì)算量，并能達(dá)到完整性保護(hù)的作用。

2 系統(tǒng)模型與系統(tǒng)假設(shè)

2.1 網(wǎng)絡(luò)模型

假設(shè)在監(jiān)控區(qū)域部署了N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的無人值守?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)持續(xù)地監(jiān)控環(huán)境變量，并將感知數(shù)據(jù)存儲在節(jié)點(diǎn)上，直到節(jié)點(diǎn)接收到來自基站或用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)請求，才把數(shù)據(jù)發(fā)送給基站或用戶。假設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)布置在一個(gè)二維空間V=(G,E)中，其中，G為傳感器節(jié)點(diǎn)，E為通信鏈接。在空間V中如存在一對節(jié)點(diǎn)(a,b)∈E，表示節(jié)點(diǎn)a與節(jié)點(diǎn)b可直接通信，即節(jié)點(diǎn)b在節(jié)點(diǎn)a的無線通信覆蓋范圍內(nèi)。此外，除了基站以外，還有一組授權(quán)用戶可以直接讀取節(jié)點(diǎn)上存儲的感知數(shù)據(jù)來獲得所需要的信息。

由于傳感器節(jié)點(diǎn)大多數(shù)承擔(dān)了特定的感知任務(wù)，假設(shè)節(jié)點(diǎn)完成每一輪感知任務(wù)所需要的存儲空間都一致，表示為 ρ=log2(dir)，(r∈(0,R],i∈[0,I])，其中，R 是基站服務(wù)器兩次連續(xù)訪問節(jié)點(diǎn)間傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的感知任務(wù)輪數(shù)（round），I是每輪感知任務(wù)中感知操作的次數(shù)。一旦傳感器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生感知數(shù)據(jù)dir，dir就被加密存儲在節(jié)點(diǎn)上直到有基站服務(wù)器或者授權(quán)用戶來讀取。

雖然傳感器節(jié)點(diǎn)擁有有限的計(jì)算能力，但隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，越來越多的研究表明，非對稱密鑰加密機(jī)制也適用于目前已有的節(jié)點(diǎn)[8]。此外，我們假設(shè)基礎(chǔ)的安全機(jī)制已經(jīng)部署在網(wǎng)絡(luò)中，兩節(jié)點(diǎn)間的密鑰已經(jīng)能夠直接在網(wǎng)絡(luò)通信中運(yùn)用。

2.2 攻擊模型與設(shè)計(jì)目標(biāo)

無人值守?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)易遭受來自多方面的攻擊：①物理攻擊，傳感器節(jié)點(diǎn)易受到物理攻擊，比如粉碎、熔化、腐蝕，被攻擊者或環(huán)境有意或無意的攻擊破壞，這些攻擊導(dǎo)致存儲在節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)完全損失；②網(wǎng)絡(luò)攻擊，本文中我們假設(shè)網(wǎng)絡(luò)攻擊者試圖獲取存儲在感知節(jié)點(diǎn)之上的數(shù)據(jù)。具體來說，網(wǎng)絡(luò)攻擊者首先俘獲部分節(jié)點(diǎn)，然后試圖破解數(shù)據(jù)的加密密鑰并解密數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)攻擊者希望在不被發(fā)現(xiàn)的情況下，試圖修改已經(jīng)存儲在節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)。在此，我們假設(shè)網(wǎng)絡(luò)攻擊者所能俘獲的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限，并且假設(shè)參數(shù)I大于網(wǎng)絡(luò)攻擊者所能俘獲節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)量。

2.3 命名與參數(shù)列表

本文所需要使用的命名規(guī)則見表1。

表1 命名與參數(shù)

3 提出的解決方案

在此章節(jié)中，我們將提出一種基于秘密共享機(jī)制、安全、高效的分布式數(shù)據(jù)存儲與恢復(fù)方案。為了確保感知數(shù)據(jù)的安全性，傳感器節(jié)點(diǎn)必須加密已經(jīng)獲取的感知數(shù)據(jù)并存儲在節(jié)點(diǎn)的閃存上，這樣只有授權(quán)用戶或者基站服務(wù)器才能解密并獲取感知數(shù)據(jù)。此外，由于傳感器節(jié)點(diǎn)缺乏物理保護(hù)，容易遭受節(jié)點(diǎn)妥協(xié)攻擊，系統(tǒng)的可靠性需要保證當(dāng)部分節(jié)點(diǎn)失效后數(shù)據(jù)仍然可以恢復(fù)。為了達(dá)到以上目的，盡可能設(shè)計(jì)出輕量級的存儲方案以減少額外的能量消耗，我們引入了基于門限的秘密共享方案、哈希鏈以及基于向量正交的動態(tài)完整性檢查機(jī)制。

3.1 系統(tǒng)初始化

在系統(tǒng)初始化階段，網(wǎng)絡(luò)擁有者將選擇一個(gè)安全的哈希函數(shù)h(.)，例如SHA-1。在部署節(jié)點(diǎn)前，網(wǎng)絡(luò)擁有者將哈希函數(shù)h(.)和參數(shù)R、I一起預(yù)置到節(jié)點(diǎn)中。當(dāng)節(jié)點(diǎn)部署到檢測區(qū)域后，節(jié)點(diǎn)自行將輪數(shù)計(jì)數(shù)變量r和感知數(shù)據(jù)變量i分別置為1和0。

3.2 產(chǎn)生組密鑰

為了增強(qiáng)感知數(shù)據(jù)的安全性，我們在方案中將首先產(chǎn)生包含基站服務(wù)器在內(nèi)的授權(quán)用戶組的密鑰，節(jié)點(diǎn)可使用此密鑰加密之后的數(shù)據(jù)。在這里，假設(shè)已存在一個(gè)安全、可靠的密鑰中心（trusted key center，TKC），可為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的用戶與服務(wù)器產(chǎn)生與分發(fā)密鑰。首先，TKC選擇如下公共參數(shù)。

· p：大素?cái)?shù)，并且 2511

· w=(p-1)/2，并且 2510

· q：可整除 w-1，并且 2159

然后，每一個(gè)授權(quán)用戶在TKC進(jìn)行注冊并選擇一個(gè)公開值xi∈[n+1,q]為其公鑰以及相應(yīng)的秘密值yi∈[1,q-1]作為私鑰，TKC為每一個(gè)用戶保證公鑰的惟一性，并且公布每一個(gè)用戶的公鑰信息。在團(tuán)體中n個(gè)用戶都注冊完成后，i=1,2,…,n時(shí)可決定拉格朗日插值公式：

其中，f(xi)=yi[9]，不同于參考文獻(xiàn)[9]中的方案，門限值t（也就是機(jī)密等級）在本方案中是一個(gè)恒定值（t=1）。然后TKC就為這組用戶產(chǎn)生私鑰與公鑰：TKC任意選擇整數(shù)g和 g′，分別滿足 g=h(p-1)/w=h2mod p>1 和 g′=h′(w-1)/qmod w>1，其中，0

3.3 感知數(shù)據(jù)存儲

在第r輪中，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)IDs執(zhí)行感知操作并產(chǎn)生感知數(shù)據(jù)后dir，完成以下步驟以加密存儲感知數(shù)據(jù)。

·如果是新的一輪開始，傳感器節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)作為此輪的密鑰Kr，并且設(shè)置k0r=Kr。然后計(jì)算哈希值p0r=h(d0r||k0r)，其中，d0r并不是具體的感知數(shù)據(jù)而是此輪感知數(shù)據(jù)的基本信息，例如原始節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識、輪編號和數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間戳等信息。接著節(jié)點(diǎn)將輪密鑰Kr用組密鑰GK進(jìn)行加密Ea(Kr,GK)：

其中，γ∈[1，w-1]并將輪密鑰Kr從內(nèi)存中刪除。

·傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)dir和哈希值pir=h(dir||kir)用當(dāng)前的對稱密鑰kir進(jìn)行加密E(dir||pir,kir)，并將此加密數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

·如圖1所示，完成存儲工作后，傳感器節(jié)點(diǎn)需要將當(dāng)前的計(jì)數(shù)器i和加密密鑰進(jìn)行更新，i=i+1，kir=pri-1=h(dri-1||kri-1)。最后刪除前一次的感知數(shù)據(jù)dri-1、哈希值pri-1和加密密鑰kri-1。

·為了進(jìn)行動態(tài)完整性檢查，傳感器節(jié)點(diǎn)還需要計(jì)算當(dāng)前加密數(shù)據(jù)的哈希值h(E(dir||pir,kir))，并將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)n維向量vir。如圖2所示，傳感器節(jié)點(diǎn)先將加密數(shù)據(jù)的哈希值按照比特位進(jìn)行分割，例如采用SHA-1作為安全的哈希函數(shù)，其輸出為160 bit，以4 bit為一組進(jìn)行分割，以形成一個(gè)40維的向量。最后，將這個(gè)n維向量加到向量和中：

3.4 數(shù)據(jù)共享

在完成一輪的感知操作后，傳感器節(jié)點(diǎn)為了提高感知數(shù)據(jù)的存活率還需將已經(jīng)加密存儲的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)、共享。本文提出了一種簡單、高效的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，這個(gè)機(jī)制不僅提高了感知數(shù)據(jù)的存活率，優(yōu)化了存儲效率，而且能為之后的數(shù)據(jù)動態(tài)完整性檢測與數(shù)據(jù)恢復(fù)提供實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。完成以下步驟將數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行共享。

· 傳感器節(jié)點(diǎn)IDs計(jì)算產(chǎn)生一非零正交向量Wsr滿足Vsr×Wsr=0，并將 Vsr從內(nèi)存中刪除。

· 傳感器節(jié)點(diǎn)IDs已經(jīng)預(yù)置了參數(shù)I，為完成一輪感知操作所能包含的感知數(shù)據(jù)項(xiàng)。傳感器節(jié)點(diǎn)選擇鄰近的I個(gè)節(jié)點(diǎn)作為其分布式存儲節(jié)點(diǎn)，并將其進(jìn)行編號{1,2,3,…,I}。

· 傳感器節(jié)點(diǎn)IDs根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)的編號i發(fā)送給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn){E(dir||pir,kir),Wsr,i}。本身保存加密后的輪密鑰以及加密后的感知數(shù)據(jù)基本信息E(d0r||p0r,k0r)。

顯而易見的是，由于共享數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)密鑰進(jìn)行加密的，而輪密鑰只有原始節(jié)點(diǎn)才具有，并且也已經(jīng)使用用戶組密鑰GK加密，除授權(quán)用戶外任何人無法獲取感知數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)可達(dá)到較高的安全性。

3.5 數(shù)據(jù)動態(tài)完整性檢測

一段時(shí)間后，任一共享數(shù)據(jù)擁有者（表示成為IDh）可發(fā)起對于特定原始節(jié)點(diǎn)某一輪次的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)完整性檢測，以檢查感知數(shù)據(jù)是否正確存儲在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之上。

共享數(shù)據(jù)擁有者IDh廣播原始節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識和輪次以發(fā)起動態(tài)完整性檢測{Vr=vhr,r,μ,i}，其中，vhr為存儲在其上的感知數(shù)據(jù)哈希值的n維向量，r為輪次，μ為原始節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識，i為其收到的感知數(shù)據(jù)編號。

· 當(dāng)收到動態(tài)完整性檢測請求后，傳感器節(jié)點(diǎn)首先檢查是否存儲有此節(jié)點(diǎn)和輪次的感知數(shù)據(jù)。如果存在并且其存儲的數(shù)據(jù)編號 i′=（i+1）%I，則計(jì)算新的 n維向量值并加入到Vr中，更新消息中的編號i=i+1，并繼續(xù)發(fā)送{Vr,r,μ,i}。

·當(dāng)完整性檢測發(fā)起者IDh重新收到完整性檢測請求消息中的數(shù)據(jù)編號i與其存儲的編號一致時(shí)，表明所有節(jié)點(diǎn)都完成完整性的計(jì)算，即可計(jì)算Vr×Wr，如果結(jié)果等于0，那么表明感知數(shù)據(jù)已被正確地存儲在節(jié)點(diǎn)上，反之則已遭破壞。

3.6 數(shù)據(jù)恢復(fù)

從組密鑰產(chǎn)生階段可知，基站服務(wù)器或授權(quán)用戶已經(jīng)預(yù)置了其公鑰yi與私鑰xi。當(dāng)基站服務(wù)器或者授權(quán)用戶請求響應(yīng)感知數(shù)據(jù)時(shí)，所有存儲相關(guān)數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)都將其存儲的數(shù)據(jù)上傳。由于感知數(shù)據(jù)分布在各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)返回各自存儲的感知數(shù)據(jù)，平衡了用戶讀取時(shí)的能量消耗。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到新一輪完整的數(shù)據(jù)后，首先解密Kr：

然后可獲得k0r，并解密得到d0r，這樣即可依次計(jì)算kir=pri-1=h(dri-1||kri-1)并解密相應(yīng)的感知數(shù)據(jù)，同時(shí)可通過pir檢查數(shù)據(jù)的完整性。

4 分析與實(shí)驗(yàn)

4.1 安全性分析

在本章節(jié)中，我們分析了所提方案的安全性，主要關(guān)注§2.2所提出的攻擊模型，并進(jìn)一步分析了其他網(wǎng)絡(luò)攻擊。

（1）分布式數(shù)據(jù)存儲的安全性、可靠性分析

當(dāng)無人值守的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在監(jiān)控區(qū)域，完成系統(tǒng)初始化并開始執(zhí)行感知任務(wù)后，攻擊者就開始俘獲節(jié)點(diǎn)并試圖破解存儲在節(jié)點(diǎn)上的感知數(shù)據(jù)，竊取數(shù)據(jù)或篡改數(shù)據(jù)，以達(dá)到其破壞網(wǎng)絡(luò)的目的。然而攻擊者破解已存儲的感知數(shù)據(jù)是非常困難的，首先任何之前使用過的數(shù)據(jù)密鑰都已經(jīng)被刪除，并且由于哈希函數(shù)的單向性，即使獲取當(dāng)前所使用的密鑰也無法計(jì)算出之前所使用的密鑰；其次，從數(shù)據(jù)恢復(fù)階段可知，只有授權(quán)用戶可通過解密Kr來得到k0r，并依次獲取kir以解密相應(yīng)的感知數(shù)據(jù)，而本文采用基于門限的團(tuán)體式秘密共享方案，這樣想破解Kr就必須面對離散對數(shù)問題。

（2）分布式數(shù)據(jù)存儲動態(tài)完整性保障分析

篡改共享數(shù)據(jù)：當(dāng)攻擊者俘獲一些節(jié)點(diǎn)后，可能試圖在授權(quán)用戶讀取前，修改存儲在節(jié)點(diǎn)上的感知數(shù)據(jù)。由于共享數(shù)據(jù)塊是被數(shù)據(jù)密鑰kir加密，并且輪密鑰Kr由授權(quán)用戶組的組公鑰進(jìn)行加密，攻擊者無法通過破解密鑰來篡改共享數(shù)據(jù)。再者，如果攻擊者直接修改共享數(shù)據(jù)塊，那么其哈希值也必然同時(shí)發(fā)生變化，這樣就無法通過基于正交向量的動態(tài)完整性檢測機(jī)制的檢查。

合謀攻擊（collusion attack）：共享數(shù)據(jù)的擁有者可能合謀來修改感知數(shù)據(jù)，換句話說，也就是驗(yàn)證者收到的向量可能被修改來滿足最后的正交特性。但這樣的攻擊在本文所提出的安全機(jī)制下無法實(shí)現(xiàn)，首先是因?yàn)槊恳粋€(gè)共享數(shù)據(jù)擁有者都必須參與到動態(tài)完整性檢測中來，并且每一個(gè)擁有者都可成為檢測的發(fā)起者。這樣如果要滿足最后的n維向量和Vr×Wr=0的話，那么就需要對I個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上的共享數(shù)據(jù)塊都做修改。其次由攻擊模型可知，攻擊者只能俘獲一定量的傳感器節(jié)點(diǎn)，并且假設(shè)其數(shù)量小于參數(shù)I，所以攻擊者無法執(zhí)行合謀攻擊。

4.2 性能分析

在本節(jié)中，將前文提出的數(shù)據(jù)存儲方案在MicaZ[10]節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。MicaZ節(jié)點(diǎn)擁有8 MHz主頻CPU的ATmega128微處理器、128 kbyte的ROM和4 kbyte的RAM，并且MicaZ節(jié)點(diǎn)運(yùn)行Tiny OS 2.x版本。此外我們選擇SHA-1為單向散列函數(shù)。以下將通過實(shí)驗(yàn)表明本方案在存儲開銷、通信開銷和能量消耗方面的情況，并且可從中得出結(jié)論：所提出的分布式數(shù)據(jù)存儲方案滿足當(dāng)前無線傳感器節(jié)點(diǎn)資源限制特點(diǎn)。

（1）存儲開銷

表2說明了原始感知數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和其他共享數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的存儲開銷，包括感知數(shù)據(jù)、密鑰、向量值的存儲空間。

表2 節(jié)點(diǎn)的存儲開銷

（2）通信開銷

我們測量了每一輪數(shù)據(jù)共享時(shí)所需要的通信開銷，見表3，可知整個(gè)方案運(yùn)行期間通信量的大小。

表3 節(jié)點(diǎn)的通信開銷

（3）能量消耗

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗可通過公式E=UIt計(jì)算得出，其中，U是電壓值，I是電流值，t是時(shí)間消耗。由于MicaZ節(jié)點(diǎn)采用兩節(jié)AA電池為其供電，那么U≈0.3 V，并且由MicaZ附帶的數(shù)據(jù)手冊可知其電流值大約為8 mA。表4中詳細(xì)列舉了節(jié)點(diǎn)在方案實(shí)施各個(gè)階段不同的能量消耗。

表4 節(jié)點(diǎn)的能量消耗

5 結(jié)束語

本文提出了一種無人值守的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中安全、高效的分布式數(shù)據(jù)存儲方案。此方案提供了動態(tài)完整性檢測機(jī)制，并利用基于門限的團(tuán)體式秘密共享方法來確保數(shù)據(jù)的安全性與可靠性。此外，為了保證共享數(shù)據(jù)的完整性，我們提出了一種基于正交向量的動態(tài)完整性檢測機(jī)制，能夠高效、低能耗地完成數(shù)據(jù)完整性檢測工作。本方案的特點(diǎn)：只有授權(quán)用戶才能訪問節(jié)點(diǎn)上的感知數(shù)據(jù)；具有簡單、高效的完整性檢測機(jī)制。最后，通過實(shí)驗(yàn)與分析可知，本方案已達(dá)到較高的安全等級，并滿足傳感器節(jié)點(diǎn)資源受限的特點(diǎn)。

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