前言

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由许多个功能相同或不同的传感器节点以自组织、多跳方式构成的无线网络。该网络集计算机技术、传感器技术、微电子技术、嵌入式技术、无线通信技术及分布式信息处理技术于一体，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，再将处理后的信息传送到外部目标。无线传感器网络的发展和应用可以使人们直观地感知物理世界，极大地扩展了人类的感知和认知能力，潜移默化地改变着人与自然的交互方式。无线传感器网络在国防军事、环境监测、目标跟踪、抢险救灾、智能控制、生物医疗等领域具有广泛的应用前景，成为信息科学的重要研究领域。

广域随机部署的无线传感器网络，无论是在网络拓扑结构方面，还是在网络业务数据传输方面，均具有相当的复杂性。因此，它实际上是一种复杂网络。现实无线传感器网络的功能往往是通过拓扑结构、物理过程和权重的相互作用而呈现出来的，通过研究加权复杂网络（Weighted Complex Network，WCN）可以加深对实际无线传感器网络的理解，同时对优化无线传感器网络的功能具有一定的指导意义。加权复杂网络的抗毁性是指在网络中的节点（或边）发生随机失效或遭受蓄意攻击的情况下，网络维持其功能的能力。系统地研究抗毁性，为设计出抗毁性更强、服务能力更优的复杂无线传感器网络提供科学依据。

无线传感器网络具有分布性、动态性和开放性的特点，传统的安全机制难以应对其安全需求，而身份认证技术是无线传感器网络安全的第一道屏障。目前，对身份认证技术的研究主要集中在密码算法的设计及密钥的获取方式上。这很难从根本上满足开放、动态分布网络的安全需求，认证过程仍然会遭受重放、中间人攻击等。本书以无线传感器网络为研究背景，对身份认证的相关技术进行了研究。此外，本书总结现有的无线传感器网络路由协议中存在的问题，分析其可能遭受的攻击及这些攻击对整个无线网络造成的影响，在此基础上提出基于动态密钥管理的LEACH安全路由协议和基于信任评估的安全路由协议。位置隐私泄露是无线传感器网络主要的安全威胁之一，位置隐私窃取手段多样，而位置的泄露又会进一步引起网络设施与监测对象遭受攻击。因此，设计能够抵御多种攻击、适应于无线传感器网络特点的位置隐私保护协议具有重要意义。本书主要基于差分隐私保护与位置隐私保护结合的思想对无线传感器网络位置隐私保护展开研究。本书在深入分析和总结国内外关于加权复杂网络理论与加权复杂网络抗毁性研究现状的基础上，运用理论分析与数值仿真相结合的方法，对加权复杂网络抗毁性建模相关问题进行系统深入的研究，并进行仿真分析。

因此，本书紧紧围绕当前无线传感器网络应用亟待解决的安全认证、安全路由、位置隐私保护、网络抗毁性等领域的问题，从理论研究与工程实践相融合的创新视角，系统地阐述了无线传感器网络在安全认证、安全路由、位置隐私保护、网络抗毁性等方面的新算法、新方案、新模型等。

本书共10章，可分为以下三个部分。

第1部分为概述和基础理论，包括第1～3章。第1章介绍无线传感器网络的基本结构、发展概况、通信与组网技术、支撑技术、复杂网络特征、应用场景、可能遭受的攻击及安全需求。第2章介绍无线传感器网络安全理论，主要包括安全认证基本理论、安全路由协议基本理论、位置隐私保护基本理论。第3章介绍加权复杂网络的特征参量、演化模型、赋权模型等基础理论。

第2部分为无线传感器网络安全，包括第4～6章。第4章详细阐述基于无双线性对的身份加密方案、基于分层管理的安全认证方案、基于零知识证明的安全认证方案。第5章深入讨论基于动态密钥管理的LEACH安全路由协议、基于动态信任度的信任评估方法、基于信任评估的安全路由协议。第6章系统描述差分隐私保护理论、基于聚类匿名化的无线传感器网络源节点差分位置隐私保护协议、基于差分隐私保护的无线传感器网络基站位置隐私保护协议、基于噪声加密机制的无线传感器网络差分位置隐私保护协议。

第3部分为加权复杂网络抗毁性建模分析，包括第7～10章。第7章讨论加权复杂网络抗毁性测度指标选择、不同信息条件下加权复杂网络静态抗毁性、基于改进负载容量模型的加权复杂网络级联抗毁性等关键问题。第8章进行不完全信息条件下加权复杂网络抗毁性建模分析。第9章进行修复策略下加权复杂网络抗毁性建模分析。第10章对加权复杂网络抗毁性优化设计进行探讨。

叶清负责全书设计和统稿，并撰写了第4～6章。第1章和第2章由袁志民撰写。第3章和第7章由付伟撰写。第8～10章由王甲生撰写。参与本书撰写工作的还有刘伟、陈渊、黄仁季、张乔嘉等，书中还引用了其他同行的工作成果，在此一并表示感谢。

本书的研究工作得到了国家自然科学基金（71171198、61672531）、湖北省自然科学基金（2011CDB052）等科研项目的支持。

本书可供从事信息安全或无线传感器网络安全研究的高校教师、科技人员、研究生或高年级本科生阅读，可为无线传感器网络安全性、抗毁性方案设计、验证等一系列工作提供参考。

由于作者科研学术水平有限，书中难免存在不妥或错误之处，还请读者见谅。本书内容仅涉及无线传感器网络安全研究领域中的一小部分，希望通过实际研究工作成果的分享，为广大读者提供新的研究思路与方法，欢迎广大读者批评指正。

作者