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1、 参数联合优化的物联网安全分析与研究 贾鹏摘 要： 为了提高军事物资供应链物联网的安全性能，提高网络入侵的防御能力，提出一种基于网络入侵信息特征参量的联合优化估计的物联网安全检测模型。首先构建军事物资供应链物联网的节点部署结构模型，分析物联网入侵特征参量，提取物联网入侵特征参数，采用波动和频率参量联合优化方法设计物联网安全构架的参数安全检测模型，实现物联网入侵的安全检测模型构架。仿真测试结果表明，该方法进行军事物资供应链物联网安全构架，对网络入侵信息的准确检测性能较好，抗干扰能力较强，确保了物联网安全。关键词： 物联网； 网络安全； 入侵检测； 参数优化： TN915.08?34； TP393
2、 ： A ： 1004?373X（2017）17?0083?03Analysis and research on IoT security of parameters combined optimizationJIA Peng（School of Equipment Engineering， Engineering University of CAPF， Xian 710000， China）Abstract： In order to improve the Internet of Things （IoT） security performance of military material s
3、upply chain， and enhance the defense capability of network intrusion， an IoT security detection model based on characteristics parameters combined optimization and estimation of network intrusion information is proposed. The IoT node deployment structure model of military material supply chain was c
4、onstructed to analyze and extract the IoT intrusion characteristic parameters. The parameters combined optimization method of fluctuation and frequency is used to design parameter safety detection model of IoT security framework. The framework of security detection model for IoT intrusion was realiz
5、ed. The simulation test results show that the method used to construct the IoT security framework of military material supply chain has high accurate detection performance of network intrusion information， strong anti?interference ability， and can ensure the IoT safety.Keywords： Internet of Things；
6、network security； intrusion detection； parameter optimization0 引 言物联网是利用传感器或无线射频识别标签技术进行物物相连组网的网络结构形式。通过构建物联网能实现物体之间的信息感知和数据传输，物联网技术在智能家居控制1、无线传感器网络设计和物流供应链构建等应用领域展示了较高的应用前景。采用物联网技术构建军事物资供应链，军事物资供应链物联网中的物理设备节点通过RFID技术实现信息收集和数据传输2，对军事物资供应链中的物资设立独一无二的射频标签，采用射频识别技术构建标签阅读器，并嵌入到物联网环境中进行物联网组网设计，提高供应链收发的安全
7、性能。在军事物资供应链物联网系统中，由于物资传输的保密性较高，需要一个较为可靠的物联网安全构架体系3，避免网络遭到入侵，导致物资信息泄露，影响军事安全。对此，本文提出一种基于网络入侵信息特征参量联合优化估计的物联网安全检测模型，通过入侵检测进行物联网安全构架，提高安全性能。1 物联网的节点部署结构模型物联网覆盖区域是一个边长为的正方形区域，共有个物资供应站节点，对于每一个物联网的路由中继节点，Source与Sink节点的传输时间间隔为考虑物联网的相邻节点集内位置在Sink节点的每个帧的传递能量函数，进行物联网的传感节点自主部署4，节点处的传输路由协议从（0，CW?1）中随机选择，假设物联网的基
8、站位于网络监测区域顶点，若干簇内节点表示物联网设备与传输路径的能量开销为：（1）式中表示供应链链路两端的图拓扑结构。假设物联网的Sink節点A向Source节点C发送数据包受到的干扰强度为：（2）根据物联网簇头的通信负载和簇头的负载进行能量均衡控制，得到节点的分布函数为：（3）物联网全网能量的负载开销为：（4）根据上述构建的物联网体系全网能力负载开销函数进行节点优化部署，如图1所示。2 物联网安全检测模型构建endprint2.1 物联网入侵特征参量分析在构建了物联网的节点部署结构模型的基础上，进行物联网的安全体系构架，提高物资供应链物联网的安全性能，当前方法采用防火墙检测方法，随着网络入侵隐
9、蔽性增大，检测的准确性不好5?6。为了克服传统方法的弊端，本文提出一种基于网络入侵信息特征参量的联合优化估计的物联网安全检测模型，采用最优入侵特征的检测方法进行物联网入侵信息检测。在进行物联网安全设计中，需要利用式（5）描述军事物资供应链物联网的个入侵特征基向量的加权和矩阵形式：（5）式中：物联网中通信节点的路由传输状态特征向量， 。采用线性规划技术进行物联网入侵联合参量特征提取，设置基向量为正交向量，则：（6）由网络病毒入侵的状态转移模型构成，因此，为一个规范的正交矩阵，即其中，为单位矩阵，表示物联网的全部防御措施集合。对式（5）两边同时乘以则有即，。在攻击行为约束下，供应链物联网系统遭受攻
10、击后，从个入侵特征向量中随机选取个正交基向量组成入侵信号的频谱特征矩阵即，此时，能有效描述物联网入侵的特征时间尺度，对其进行变换，在经验模态分解下通过维正交分解，得到物联网入侵信息检测的新向量。选取个军事物资供应链物联网原始入侵向量，找到入侵源头并使新的入侵向量在最小误差范围内实现入侵波动抑制，随着入侵向量的接近，只保留项，用新的入侵特征对入侵行为进行识别，利用预设的常数取代，提高了军事物资供应链物联网入侵检测的速度和准确率，此时军事物资供应链物联网入侵向量的估计值用下式进行计算：（7）采用参数联合估计，最优入侵特征解向量的误差为：（8）通过物联网入侵信息检测，军事物资供应链物联网入侵波动特征
11、参量的均方差为：（9）为了降低物联网系统被入侵的风险，需要在物联网体系构架中使最小，即需要满足下述约束条件：（10）利用最优入侵特征分类方法对军事物资供应链物联网的入侵进行准确分类7，输出的入侵特征基向量为：（11）在进行物联网入侵特征参量分析的基础上，提取物联网入侵信息的时间波动和攻击频率等特征参数，进行物联网的安全分析。2.2 物联网入侵特征参数提取由于军事物资供应链物联网受到入侵后，入侵特征参量在时域和频域上会出现波动，因此，需要根据入侵检测的结果进行参数联合优化，进行特征参量估计，提取时间波动和攻击频率等特征参数，军事物资供应链物联网入侵信号数值波动变化的突发衰变计算式为：（12）式中
12、是军事物资供应链物联网入侵特征参数。由于检测出现滞后性，对入侵信号检测的时延为是入侵向量估计的延迟因子，当时，物资供应链物联网入侵的波动幅值为。物联网入侵特征参数提取的公式为：（13）利用有效的傅里叶变换得到参数提取值为：（14）式中：用来描述军事物资供应链物联网中入侵波动的强度特征；是入侵波动的幅值；是入侵的频域衰减系数；和用来描述入侵行为和入侵检测的指令控制行為特征补偿系数。提取军事物资供应链物联网的入侵特征参数，为进行物联网安全构架提供参数基础。2.3 物联网安全构架的参数安全检测模型设计在提取物联网入侵信息的时间波动和攻击频率等特征参数的基础上，以此为约束参量建立安全检测目标函数：（1
13、5）式中：用来描述军事物资供应链物联网安全控制的高频分量；是合法信号掩盖下网络入侵的波动系数；是军事物资供应链物联网的反馈波动传导系数。对入侵信号的波动进行补偿，得到入侵检测的参数联合优化结果为：（16）对物联网入侵检测的安全检测模型为：（17）式中：是军事物资供应链物联网入侵特征参数矩阵的第个原始特征向量值；是特征向量对应的入侵信号的包络分量。将已知军事物资供应链物联网入侵行为和正常控制指令行为进行归一化评估，通过参数联合估计，采用波动和频率参量联合优化方法得到最优检测模型，根据上面阐述的方法，构建军事物资供应链物联网的最优入侵特征检测的安全构架模型，从而实现基于参数联合优化的物联网入侵检测
14、和安全构架。3 实验测试分析通过实验分析验证本文方法在实现军事物资供应链物联网的入侵检测中的性能，实验采用Matlab 7仿真工具进行军事物资供应链物联网拓扑模型构建，采用C+进行算法设计编程，构建军事物资供应链物联网的节点分布模型，物联网节点的通信半径为200 m，数据传递的拓扑个数为10，物联网的网关相对坐标设定为（0，0），供应链物联网中的数据传输比特率120 b/sHz-1，物联网的传输带宽Hz，从KDD Cup99数据集中选取数据作为入侵信息来源，在实验的过程中，选取7个军事物资供应链物联网的操作信号特征，为供应链物联网的登录次数，为军事物资的敏感信息查看次数，为输出控制接口的扫描次
15、数，为军事物资供应链的反馈信号，为物联网IP扫描次数，为无效连接数，为物联网与Internet的有效连接次数。根据上述实验环境参数描述，进行供应链物联网入侵检测性能分析。图2给出了采用本文方法、神经网络方法和小波检测方法进行物联网入侵检测的准确检测概率对比结果。从图2得知，随着节点规模的增大，准确检测概率提升，而采用本文方法对网络入侵的准确检测概率最高，说明本文方法能有效发现物联网的入侵行为，确保网络安全。当军事物资供应链物联网的入侵干扰强度分别为300 dB和800 dB时，做1 000次蒙特卡洛实验，表1分别给出了不同方法进行安全检测的用时和准确检测率的均值对比。endprint分析表1得
16、知：（1） 在干扰强度分别为300 dB和800 dB时，本文方法的准确检测率为99.98%和96.43%，检测准确性最高，小波检测方法的准确性最低；（2） 干扰强度越大，计算开销就越大，准确性能越低；（3） 本文方法能在较高强度的干扰下提高物联网入侵的准确检测能力，抗干扰能力较强且耗时较短。4 结 语为了提高军事物联网信息安全性能，在搭建的军事物资供应链物联网平台中进行网络安全构架，提出一种基于网络入侵信息特征参量的联合优化估计的物联网安全检测模型。采用最优入侵特征的检测方法进行物联网入侵信息检测，提取物联网入侵信息的时间波动和攻击频率等特征参数，建立安全检测目标函数，采用波动和频率参量联合优化方法进行最优检测模型设计，物联网入侵的安全检测模型构
