CN102026173A - 一种抗节点自私行为的合作增强方法 - Google Patents

Abstract

一种抗节点自私行为的合作增强方法，该方法有四大步骤。步骤一：声誉初值设定；步骤二：邻居检测和声誉评价；步骤三：对自私节点的反应机制；步骤四：自私节点的激励机制。本发明是一种无中心化的声誉值管理，它直接通过邻居检测，尽可能多的利用邻居之间的信息来建立节点的声誉值和可靠的节点声誉评价机制，并采用了激励机制来鼓励自私节点通过合作获得其他节点的信任。它通过建立可靠的声誉评价机制和激励机制来保证网络的公平性，因此，本发明在网络安全的技术领域特别在无线自组织网络应用领域里具有广泛的实用价值和广阔的应用前景。

Description

一种抗节点自私行为的合作增强方法

技术领域

本发明涉及一种抗节点自私行为的合作增强方法。它主要用于解决在无线移动自组织(ad hoc)网络中节点的自私行为问题，属于网络安全的技术领域，尤其适用于无线自组织网络应用领域。

背景技术

ad hoc网络是一种多跳、无中心自组织网络，在军事、紧急求助、商业等领域有广阔的应用场景。与传统网络不同的地方在于，ad hoc网络中所有节点既是终端，又是路由器。针对ad hoc网络独有的特点，比如节点移动、多变拓扑，使得传统的有线网络的安全机制不再适用于ad hoc网络，保证它的安全通信是一个难点。

ad hoc网络中需要节点之间相互合作参与路由或者完成数据包的转发。但是难免网络中会有不良行为的节点，为了节省自己的能量不参与其它节点请求的路由或者不为其它节点转发数据包，而是保留能量为了自己发送路由请求或者数据包，这种不良行为称为节点的自私行为。节点的自私行为降低了整个网络的性能，比如吞吐量等。如果这种自私节点在网络中的敏感位置，敏感位置中的节点转发数据包的可能性大于其他节点，就可能会使整个网络瘫痪。

目前解决节点自私行为的机制主要是基于中心服务器管理的或者使用看门狗。基于中心服务器管理需要部署节点充当服务器来管理所有网络中节点的声誉值，容易产生单点故障，这样的网络十分脆弱。基于看门狗方案是管理着网络中有自私行为节点，然后将这些自私节点通知源节点，这样源节点在选择路由时可以避开这些节点。但是这种方案并没有惩罚那些自私节点。

发明内容

1、目的：为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种抗节点自私行为的合作增强方法。它采用的路由协议是动态源路由(DSR)协议。

2、技术方案：本发明一种抗节点自私行为的合作增强方法，该方法按照以下步骤来实现：

步骤1：声誉初值设定。用来确定新加入节点的邻居节点对其声誉的初始值，rating_i，j＝0。rating_i，j是节点i对节点j的声誉值，初始值为0，最大值为40，最小值为-40

步骤2：邻居检测和声誉评价。用来监视网络中每个节点行为并检测来自不良节点的攻击。根据邻居检测得到的声誉值和节点转发计数(自己为其他节点转发包的计数和其他节点为自己转发包的计数)以及其它节点在本节点的存款值做出判定。本发明所用符号如下所示：myForwardingCount_i，j节点i为邻居节点j转发包的计数，初始值为0

theirForwardingCount_i，j其邻居节点j为节点i转发包的计数，初始值为0

amount_i，j其邻居节点j在节点i的存款值，初始值为200，最小值为0，最大值为1000

faultylist_i    (节点i认为的)自私节点集合

ts_packetout    发送数据包存在节点缓存的过期时限

ts_second    节点放入到自私节点列表中的时限

fs_rating    节点声誉的门限值

rating_i，j，myForwardingCount_i，j，theirForwardingCount_i，j，amount_i，j具体计算如下：

(1)源节点A发送数据包，选择路由A→B→C→…→D，源节点A对发送的数据包进行缓存，然后转发给节点B，若源节点A检测到邻居节点B成功转发，节点A进行如下计算：

amount_A，B＝amount_A，B+1

theirForwardingCount_A，B＝theirForwardingCount_A，B+1

${\mathrm{rating}}_{A,B}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{rating}}_{A,B}+1,& {\mathrm{rating}}_{A,B}<40\\ 40,& {\mathrm{rating}}_{A,B}=40\end{array}\right.$

节点B计算：

${\mathrm{amount}}_{B,A}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{amount}}_{B,A}-1,& 0<{\mathrm{amount}}_{B,A}<1000\\ 1000,& {\mathrm{amount}}_{B,A}=1000\\ 0,& {\mathrm{amount}}_{B,A}=0\end{array}\right.$

myForwardingCount_B，A＝myForwardingCount_B，A+1

若转发失败，节点A计算：

If myForwardingCount_A，B＞theirForwardingCount_A，B

                         rating_A，B＝rating_A，B-2

节点B不参与此次计算。

(2)继续上一步，节点B将节点A发送的数据包进行缓存，然后转发给节点C，若节点B检测节点C成功转发，节点B计算：

rating_B，C＝rating_B，C+1

amount_B，C＝amount_B，C+1

theirForwardingCount_B，C＝theirForwardingCount_B，C+1

节点C(非源节点的下一跳节点)这类节点不向上一跳节点索取存款，即节点C的amount_C，B值不变。

若转发失败，节点B计算：

If myForwardingCount_B，C＞theirForwardingCount_B，C

                         rating_B，C＝rating_B，C-2

节点C不参与此次计算。

步骤3：对自私节点的反应机制。本发明中根据声誉评价确定节点的可信度。

(1)当节点A的邻居节点B的声誉值低于门限值(fs_rating＝-40)时，则节点A认为节点B是自私节点，并将节点B加入到节点A的faultylist_A中。这样节点A在发送RREQ(路由请求包)时，将节点A的faultylist_A加入到RREQ包中的集合FaultyListAll，然后广播RREQ，收到RREQ的中间节点i将它的集合faultylist_i附加到集合FaultyListAll中，FaultyListAll＝faultylist_A∪faultylist_i，并且计算：

若

为空集，则继续广播；若

不为空集，则将这个RREQ丢弃。当返回RREP(路由答复包)到源节点时，源节点A再做如下计算：

如果

为空集，则节点A选择这条RREP中的路由；若

不为空集，则节点A丢弃这条路由，并重新发送路由请求。

符号含义：

自私节点的集合

∪数学运算中集合的并集

∩数学运算中集合的交集

(2)本发明经过步骤3(1)，恶意节点已经在其邻居节点的faultylist中，邻居节点不为在其faultylist中的节点转发任何数据包和路由请求包。

经过步骤3就可以使得源节点所选择的路由避开自私节点，并且自私节点的邻节点也不为其转发数据包，最终达到了将自私节点隔离在网络之外。

步骤4：自私节点的激励机制。在节点A开始(t＝0)加入到其邻居节点B的自私节点集合faultylist_B的时间t达到ts_second门限值时，将节点A释放出来，rating_B，A初始值是-30。自私节点应能通过合作增加邻居对自己的声誉值，并且重新加入到ad hoc网络中。

3、优点及功效：本发明一种抗节点自私行为的合作增强方法，其优点在于，

1、无中心化的声誉值管理，直接通过邻居检测，尽可能多的利用邻居之间的信息来建立节点的声誉值，建立了可靠的节点声誉评价机制。

2、采用了激励机制来鼓励自私节点通过合作获得其他节点的信任。

3、通过建立可靠的声誉评价机制和激励机制保证了网络的公平性。

附图说明

图1是本发明的Ad hoc网络自私节点攻击拓扑示意图

图2是本发明的总体流程示意图。

图中符号说明如下：

W为有自私行为的节点；A、B、C、D、E为正常节点

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明一种抗节点自私行为的合作增强方法，如图2所示，该方法具体步骤如下：

步骤1：声誉初值设定。用来确定新加入节点的邻居节点对其声誉的初始值，rating_i，j＝0。

rating_i，j 节点i对节点j的声誉值，初始值为0，最大值为40，最小值为-40

步骤2：邻居检测和声誉评价。用来监视网络中每个节点行为并检测来自不良节点的攻击。根据邻居检测得到的声誉值和节点转发计数(自己为其他节点转发包的计数和其他节点为自己转发包的计数)以及其它节点在本节点的存款值做出判定。本发明所用符号如下所示：

myForwardingCount_i，j    节点i为邻居节点j转发包的计数，初始值为0

theirForwardingCount_i，j    其邻居节点j为节点i转发包的计数，初始值为0

amount_i，j    其邻居节点j在节点i的存款值，初始值为200，最小值为0，最大值为1000

faultylist_i    (节点i认为的)自私节点集合

ts_packetout    发送数据包存在节点缓存的过期时限

ts_second    节点放入到自私节点列表中的时限

fs_rating    节点声誉的门限值

rating_i，j，myForwardingCount_i，j，theirForwardingCount_i，j，amount_i，j具体计算如下：

(1)源节点A发送数据包，选择路由A→B→C→…→D，源节点A对发送的数据包进行缓存，然后转发给节点B，若源节点A检测到邻居节点B成功转发，节点A进行如下计算：

amount_A，B＝amount_A，B+1

theirForwardingCount_A，B＝theirForwardingCount_A，B+1

${\mathrm{rating}}_{A,B}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{rating}}_{A,B}+1,& {\mathrm{rating}}_{A,B}<40\\ 40,& {\mathrm{rating}}_{A,B}=40\end{array}\right.$

节点B计算：

${\mathrm{amount}}_{B,A}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{amount}}_{B,A}-1,& 0<{\mathrm{amount}}_{B,A}<1000\\ 1000,& {\mathrm{amount}}_{B,A}=1000\\ 0,& {\mathrm{amount}}_{B,A}=0\end{array}\right.$

myForwardingCount_B，A＝myForwardingCount_B，A+1

若转发失败，节点A计算：

if myForwardingCount_A，B＞theirForwardingCount_A，B

                              rating_A，B＝rating_A，B-2

节点B不参与此次计算。

(2)继续上一步，节点B将节点A发送的数据包进行缓存，然后转发给节点C，若节点B检测节点C成功转发，节点B计算：

rating_B，C＝rating_B，C+1

amount_B，C＝amount_B，C+1

theirForwardingCount_B，C＝theirForwardingCount_B，C+1

节点C(非源节点的下一跳节点)这类节点不向上一跳节点索取存款，即节点C的amount_C，B值不变。

若转发失败，节点B计算：

If myForwardingCount_B，C＞theirForwardingCount_B，C

                            rating_B，C＝rating_B，C-2

节点C不参与此次计算。

步骤3：对自私节点的反应机制。本发明中根据声誉评价确定节点的可信度。

(1)当节点A的邻居节点W的声誉值低于门限值(fs_rating＝-40)时，则节点A认为节点W是自私节点，并将节点W加入到节点A的faultylist_A中。这样节点A在发送RREQ(路由请求包)时，将节点A的faultylist_A加入到RREQ包中的集合FaultyListAll，然后广播RREQ，收到RREQ的中间节点i将它的集合faultylist_i附加到集合FaultyListAll中，FaultyListAll＝faultylist_A ∪faultylist_i，并且计算：

若为空集，则继续广播；若

不为空集，则将这个RREQ丢弃。当返回RREP(路由答复包)到源节点时，源节点A再做如下计算：

如果为空集，则节点A选择这条RREP中的路由；若

不为空集，则节点A丢弃这条路由，并重新发送路由请求。

符号含义：

自私节点的集合

∪数学运算中集合的并集

∩数学运算中集合的交集

(2)本发明经过步骤3(1)，恶意节点已经在其邻居节点的faultylist中，邻居节点不为在其faultylist中的节点转发任何数据包和路由请求包。

经过步骤3就可以使得源节点所选择的路由避开自私节点，并且自私节点的邻节点也不为其转发数据包，最终达到了将自私节点隔离在网络之外。

步骤4：自私节点的激励机制。在节点W开始(t＝0)加入到其邻居节点A的自私节点集合faultylist_A的时间t达到ts_second门限值时，将节点W释放出来，rating_A，W初始值是-30。自私节点应能通过合作增加邻居对自己的声誉值，并且重新加入到ad hoc网络中。

Claims (1)

1.一种抗节点自私行为的合作增强方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤1：声誉初值设定；用来确定新加入节点的邻居节点对其声誉的初始值，

rating_i，j＝0；rating_i，j  是节点i对节点j的声誉值，初始值为0，最大值为40，最小值为-40；

步骤2：邻居检测和声誉评价；用来监视网络中每个节点行为并检测来自不良节点的攻击，根据邻居检测得到的声誉值和节点转发计数即自己为其他节点转发包的计数和其他节点为自己转发包的计数以及其它节点在本节点的存款值做出判定；所用符号如下所示：

myForwardingCount_i，j    节点i为邻居节点j转发包的计数，初始值为0

theirForwardingCount_i，j    其邻居节点j为节点i转发包的计数，初始值为0

amount_i，j    其邻居节点j在节点i的存款值，初始值为200，最小值为0，最大值为1000

faultylist_i    节点i认为的自私节点集合

ts_packetout    发送数据包存在节点缓存的过期时限

ts_second    节点放入到自私节点列表中的时限

fs_rating    节点声誉的门限值

其中，rating_i，j，myForwardingCount_i，j，theirForwardingCount_i，j，amount_i，j具体计算如下：

(1)源节点A发送数据包，选择路由A→B→C→…→D，源节点A对发送的数据包进行缓存，然后转发给节点B，若源节点A检测到邻居节点B成功转发，节点A进行如下计算：

amount_A，B＝amount_A，B+1

theirForwardingCount_A，B＝theirForwardingCount_A，B+1

${\mathrm{rating}}_{A,B}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{rating}}_{A,B}+1,& {\mathrm{rating}}_{A,B}<40\\ 40,& {\mathrm{rating}}_{A,B}=40\end{array}\right.$

节点B计算：

${\mathrm{amount}}_{B,A}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{amount}}_{B,A}-1,& 0<{\mathrm{amount}}_{B,A}<1000\\ 1000,& {\mathrm{amount}}_{B,A}=1000\\ 0,& {\mathrm{amount}}_{B,A}=0\end{array}\right.$

myForwardingCount_B，A＝myForwardingCount_B，A+1

若转发失败，节点A计算：

If myForwardingCount_A，B＞theirForwardingCount_A，B

                          rating_A，B＝rating_A，B-2

节点B不参与此次计算；

(2)继续上一步，节点B将节点A发送的数据包进行缓存，然后转发给节点C，若节点B检测节点C成功转发，节点B计算：

rating_B，C＝rating_B，C+1

amount_B，C＝amount_B，C+1

theirForwardingCount_B，C＝theirForwardingCount_B，C+1

节点C即非源节点的下一跳节点不向上一跳节点索取存款，即节点C的amount_C，B值不变；

若转发失败，节点B计算：

If myForwardingCount_B，C＞theirForwardingCount_B，C

                         rating_B，C＝rating_B，C-2

节点C不参与此次计算；

步骤3：对自私节点的反应机制；根据声誉评价确定节点的可信度；

(1)当节点A的邻居节点B的声誉值低于门限值fs_rating＝-40时，则节点A认为节点B是自私节点，并将节点B加入到节点A的faultylist_A中，这样节点A在发送RREQ即路由请求包时，将节点A的faultylist_A加入到RREQ包中的集合FaultyListAll，然后广播RREQ，收到RREQ的中间节点i将它的集合faultylist_i附加到集合FaultyListAll中，FaultyListAll＝faultylist_A ∪faultylist_i并且计算：若

为空集，则继续广播；若

不为空集，则将这个RREQ丢弃；当返回RREP即路由答复包到源节点时，源节点A再做如下计算：

如果

为空集，则节点A选择这条RREP中的路由；若

不为空集，则节点A丢弃这条路由，并重新发送路由请求；

符号含义如下：

自私节点的集合

∪数学运算中集合的并集

∩数学运算中集合的交集

(2)经过步骤3(1)，恶意节点已经在其邻居节点的faultylist中，邻居节点不为在其faultylist中的节点转发任何数据包和路由请求包；

经过步骤3就可以使得源节点所选择的路由避开自私节点，并且自私节点的邻节点也不为其转发数据包，最终达到了将自私节点隔离在网络之外；

步骤4：自私节点的激励机制；在节点A开始即t＝0加入到其邻居节点B的自私节点集合faultylist_B的时间t达到ts_second门限值时，将节点A释放出来，rating_B，A初始值是-30，自私节点应能通过合作增加邻居对自己的声誉值，并且重新加入到ad hoc网络中。

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