摘  要： 在分析現(xiàn)有報(bào)文丟棄攻擊檢測(cè)算法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于簇首協(xié)作的報(bào)文丟棄攻擊全局感知方案,，利用IDS簇首協(xié)同監(jiān)視節(jié)點(diǎn)報(bào)文收發(fā)狀態(tài),，改進(jìn)現(xiàn)有算法的監(jiān)測(cè)方式和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)判定算法。仿真結(jié)果表明,，該算法具有良好的檢測(cè)率和誤檢率,，在規(guī)避網(wǎng)絡(luò)中的惡意節(jié)點(diǎn)以及維護(hù)網(wǎng)絡(luò)正常吞吐量等方面具有較好的性能。
關(guān)鍵詞： 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò),；丟棄攻擊,；惡意節(jié)點(diǎn)檢測(cè)；入侵檢測(cè)系統(tǒng)

　移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)MANET(Mobile Ad Hoc Networks)由眾多節(jié)點(diǎn)以自組織的方式組成,，網(wǎng)絡(luò)中不存在中心控制節(jié)點(diǎn),，較遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)間以多跳的方式進(jìn)行通信。然而,，在大規(guī)模無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中,，部分節(jié)點(diǎn)為了保護(hù)自身較少的資源，可能不轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包,，產(chǎn)生自私節(jié)點(diǎn)問(wèn)題[1],，特別場(chǎng)景下(如戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境)合法節(jié)點(diǎn)被攻陷后將成為惡意節(jié)點(diǎn)。
　在數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸過(guò)程中,，自私節(jié)點(diǎn)和惡意節(jié)點(diǎn)可以故意隨機(jī)丟棄部分需要自身轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)文來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)施破壞,，這就是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)丟棄報(bào)文攻擊，它導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐率下降,、報(bào)文重傳率增高,，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)報(bào)文傳輸無(wú)法進(jìn)行。然而,，由于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的不確定性,，現(xiàn)有的適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議無(wú)法應(yīng)對(duì)這種在網(wǎng)絡(luò)層發(fā)起的攻擊。報(bào)文丟棄攻擊難以檢測(cè)和防范,，嚴(yán)重影響到了無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的通信性能和實(shí)際應(yīng)用,。
　目前,，針對(duì)報(bào)文丟棄攻擊的研究多數(shù)集中在基于鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法[2]對(duì)現(xiàn)有路由協(xié)議(如DSR)的改進(jìn)，希望構(gòu)造一個(gè)安全的路由協(xié)議或模型來(lái)抵抗攻擊,。然而,，鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)算法本身存在一些局限性，此類(lèi)方案增加了MANET網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的復(fù)雜度,，監(jiān)測(cè)效果卻不理想,。
　本文在分析現(xiàn)有解決方案的基礎(chǔ)上，提出了一種基于簇首協(xié)作的報(bào)文丟棄攻擊全局感知算法,，在MANET入侵檢測(cè)系統(tǒng)中利用分簇IDS的簇首節(jié)點(diǎn)協(xié)作進(jìn)行全局監(jiān)測(cè),。該方案將安全檢測(cè)從路由協(xié)議中獨(dú)立出來(lái)，由IDS來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)文丟棄攻擊的檢測(cè),，簡(jiǎn)化了Ad Hoc路由協(xié)議的設(shè)計(jì),，同時(shí)彌補(bǔ)了鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)算法的不足，在報(bào)文丟棄攻擊的檢測(cè)率,、誤報(bào)率和檢測(cè)響應(yīng)速率方面有較好的性能,。
1 鄰居節(jié)點(diǎn)檢測(cè)算法分析    
1.1 報(bào)文丟棄攻擊相關(guān)研究
　為對(duì)抗內(nèi)部節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)層發(fā)起的報(bào)文丟棄攻擊，MARTI S等人提出了Watchdog算法[3],，節(jié)點(diǎn)在混雜模式下工作,，當(dāng)節(jié)點(diǎn)把報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳節(jié)點(diǎn)后，利用無(wú)線信號(hào)暴露在空中的特性來(lái)監(jiān)聽(tīng)下一跳節(jié)點(diǎn)是否繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文,。LEE S和CHOI Y采用了類(lèi)似Watchdog的鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(NWS)來(lái)獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的報(bào)文狀況,，但是局部管理的方法增加了節(jié)點(diǎn)能量耗費(fèi)，降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬使用效率,。參考文獻(xiàn)[4]中提出兩種不合作的節(jié)點(diǎn)形式,，并提出用CCS中央控制系統(tǒng)給每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配信用值,，如果節(jié)點(diǎn)A為節(jié)點(diǎn)B轉(zhuǎn)發(fā)了到目的節(jié)點(diǎn)D數(shù)據(jù)報(bào),，則D要給A一些信用幣，哪個(gè)節(jié)點(diǎn)用完了信用,，可以向CCS要求補(bǔ)充,。由于每次都是目的節(jié)點(diǎn)支付信用幣，這就為DOS攻擊提供了方便,。參考文獻(xiàn)[5]希望利用有限自動(dòng)機(jī)構(gòu)造自組網(wǎng)的入侵檢測(cè)算法,，此方案能夠監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文，但在如何監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)收到的報(bào)文方面沒(méi)有給出有效的解決方法,。
1.2 鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)算法介紹
　上述研究大多以鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)算法為基礎(chǔ)對(duì)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)報(bào)文情況進(jìn)行監(jiān)聽(tīng),，從而達(dá)到判斷入侵節(jié)點(diǎn)的目的。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí),，鄰居監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)確認(rèn)路由的下一跳節(jié)點(diǎn)是否轉(zhuǎn)發(fā)了該報(bào)文,。鄰居監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)聽(tīng)下一跳節(jié)點(diǎn)采取的行為,，并依此判斷下一跳節(jié)點(diǎn)是否有惡意行為。
　如圖1所示,，假設(shè)S到D有通路,，中間節(jié)點(diǎn)為A、B,、C,，節(jié)點(diǎn)A不能直接和C通信，但A可以監(jiān)聽(tīng)到B發(fā)送的報(bào)文,。A可以辨認(rèn)B是否轉(zhuǎn)發(fā)了報(bào)文,。A緩存下剛發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)，和監(jiān)聽(tīng)到的B轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)比較,，看是否一致,。如果一致，表明此數(shù)據(jù)報(bào)已經(jīng)發(fā)送,，A移除緩存的數(shù)據(jù)報(bào),，這一過(guò)程結(jié)束；如果不一致,，表明B有篡改信息的惡意行為,；如果數(shù)據(jù)報(bào)在緩存區(qū)保留的時(shí)間超過(guò)一個(gè)門(mén)限，則認(rèn)為B沒(méi)有正常工作,。對(duì)于后兩種情況,，A會(huì)給這個(gè)沒(méi)有盡責(zé)的節(jié)點(diǎn)記過(guò)。如果B被記過(guò)的次數(shù)超過(guò)一個(gè)門(mén)限值,，A確定此節(jié)點(diǎn)有惡意行為,，它向源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送路由出錯(cuò)報(bào)文(RRER)通知B是惡意節(jié)點(diǎn)。在從A回到S節(jié)點(diǎn)過(guò)程中,，路由到的節(jié)點(diǎn)都會(huì)記錄下B是惡意節(jié)點(diǎn),，在以后的路由選擇過(guò)程中會(huì)將B節(jié)點(diǎn)從路由鏈路中排除。

1.3 鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)算法的缺陷
　鄰居節(jié)點(diǎn)算法利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)暴露在空間中而且信號(hào)多向傳播的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)的監(jiān)測(cè),，然而這種方法卻存在以下的局限性：
　(1)鄰居監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)督其鄰居節(jié)點(diǎn),，并緩存有用的狀態(tài)信息，要求節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)和計(jì)算功能得到加強(qiáng),。而且由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)均被其所有鄰居節(jié)點(diǎn)監(jiān)視,，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)信息存在大量冗余，浪費(fèi)了節(jié)點(diǎn)電池能量和計(jì)算資源,。
　(2)節(jié)點(diǎn)A只能孤立地監(jiān)測(cè)其鄰居節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文狀態(tài),，并根據(jù)自身的監(jiān)測(cè)記錄判斷鄰居節(jié)點(diǎn)B是否有惡意丟包行為，不能綜合B的其他鄰居節(jié)點(diǎn)(如C)對(duì)節(jié)點(diǎn)B的監(jiān)測(cè)結(jié)果,。因此,，這種判斷帶有很大的片面性,，容易得出錯(cuò)誤的監(jiān)測(cè)結(jié)論。
　(3)惡意節(jié)點(diǎn)可以把無(wú)辜節(jié)點(diǎn)作為惡意節(jié)點(diǎn)放在RRER數(shù)據(jù)報(bào)中,，發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)S,，比如，節(jié)點(diǎn)A可以向S打虛假報(bào)告B沒(méi)有轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文,，使S認(rèn)為B是惡意節(jié)點(diǎn),，這個(gè)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)就需要依賴(lài)消息正常發(fā)送到D，節(jié)點(diǎn)D反饋消息給S,，則S會(huì)認(rèn)為路由是正常的,。如果在消息給B傳遞后未能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D，或者D的反饋消息沒(méi)有正常到達(dá)A,，則節(jié)點(diǎn)B就會(huì)被當(dāng)作惡意節(jié)點(diǎn),，從而造成誤報(bào)，本文稱(chēng)這種攻擊為虛假丟報(bào)文丟棄攻擊,。
2 報(bào)文丟棄攻擊全局感知方案
2.1 分簇IDS
　移動(dòng)自組網(wǎng)的組網(wǎng)特點(diǎn)決定了相應(yīng)的入侵檢測(cè)系統(tǒng)必須要采取分簇架構(gòu),。分簇結(jié)構(gòu)IDS典型層次如圖2所示，整個(gè)MANET系統(tǒng)以簇為單位分成多IDS簇,，每個(gè)簇選出簇頭,，IDS功能模塊按需要置于簇頭或簇成員節(jié)點(diǎn)上。

　在鄰居節(jié)點(diǎn)檢測(cè)算法中,，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都監(jiān)測(cè)其鄰居節(jié)點(diǎn)的行為,，產(chǎn)生大量冗余監(jiān)測(cè)信息，耗費(fèi)了節(jié)點(diǎn)資源,。本文提出基于簇首的監(jiān)測(cè)模式,，即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為簇，每個(gè)區(qū)域選出一個(gè)簇頭作為監(jiān)視節(jié)點(diǎn),，負(fù)責(zé)整個(gè)區(qū)域的入侵檢測(cè),。該簇頭收集整個(gè)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的行為信息，并按檢測(cè)算法進(jìn)行分析,，確定入侵行為,。IDS簇首節(jié)點(diǎn)周期性地廣播告示報(bào)文，以維持簇首監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的地位,。簇首節(jié)點(diǎn)服務(wù)時(shí)間到了后，就重新啟動(dòng)一個(gè)新的選舉過(guò)程,。為了保證公平和隨機(jī)性,，防止惡意節(jié)點(diǎn)一直占據(jù)簇首位置，發(fā)動(dòng)虛假報(bào)文丟棄攻擊,，IDS分簇算法要求上一分簇周期的簇首節(jié)點(diǎn)將不能參加下一周期簇首節(jié)點(diǎn)的選舉,，除非整個(gè)區(qū)域只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在,。
2．2 簇首節(jié)點(diǎn)協(xié)作實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)報(bào)文收發(fā)狀態(tài)
　不同于傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)中的IDS，MANET中的簇首節(jié)點(diǎn)并不能像在有線網(wǎng)絡(luò)中那樣監(jiān)測(cè)到節(jié)點(diǎn)的報(bào)文收發(fā)狀態(tài),。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳播特性,，分簇結(jié)構(gòu)IDS中的簇首節(jié)點(diǎn)只能監(jiān)測(cè)到其簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文，而對(duì)于簇成員接收到的數(shù)據(jù)包只能部分監(jiān)測(cè)到,，因此,，在應(yīng)對(duì)報(bào)文丟棄攻擊之類(lèi)的被動(dòng)攻擊時(shí)顯得無(wú)能為力。圖2中,，節(jié)點(diǎn)C,、E為簇首，節(jié)點(diǎn)A,、S為C的簇成員,，節(jié)點(diǎn)B、D為E的簇成員,。簇首節(jié)點(diǎn)E只能監(jiān)測(cè)到節(jié)點(diǎn)B發(fā)送了數(shù)據(jù)包,，如果節(jié)點(diǎn)A轉(zhuǎn)發(fā)給B一個(gè)數(shù)據(jù)包，并要求B轉(zhuǎn)發(fā)給D,，如果節(jié)點(diǎn)B此時(shí)發(fā)動(dòng)報(bào)文丟棄攻擊,，這時(shí)，簇首節(jié)點(diǎn)E并不能監(jiān)測(cè)到B接收了這樣一個(gè)數(shù)據(jù)包,，因此,，并不能發(fā)現(xiàn)B丟棄了應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)D的數(shù)據(jù)包。
　為了解決這個(gè)缺陷,，本文提出了基于簇首協(xié)作監(jiān)測(cè)的方案,，利用各簇首節(jié)點(diǎn)間相互通信協(xié)作檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)文丟棄攻擊的檢測(cè)。圖2中,，雖然節(jié)點(diǎn)E不能夠監(jiān)測(cè)到B應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包,，但節(jié)點(diǎn)A在給B轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，節(jié)點(diǎn)A的簇首節(jié)點(diǎn)C能夠監(jiān)測(cè)到節(jié)點(diǎn)A給節(jié)點(diǎn)B轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)包,，并通過(guò)查詢數(shù)據(jù)包中下一跳路由信息得知B接收了這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)并應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包給D,，如果E和C進(jìn)行通信，交換彼此監(jiān)測(cè)信息,，節(jié)點(diǎn)B的簇首節(jié)點(diǎn)E就能夠借助和C交換的消息來(lái)全面監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)B應(yīng)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)和已發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)狀態(tài),。下面利用這一方法給出詳細(xì)解決方案。
2.3 基于簇首協(xié)作的報(bào)文丟棄攻擊全局感知方案
　首先,，為了監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)收發(fā)報(bào)文狀態(tài),，各IDS簇首節(jié)點(diǎn)需要為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄各節(jié)點(diǎn)收到報(bào)文的數(shù)量和發(fā)送報(bào)文的數(shù)量,。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義偽碼表示如下：
　typedef struct {Long Receive,； Long Send,；} Record；其中,，Record表示此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，下文簡(jiǎn)記為Recd；Send表示監(jiān)聽(tīng)到節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文,；Receive表示根據(jù)監(jiān)聽(tīng)到的報(bào)文中的路由信息,，該數(shù)據(jù)報(bào)文下一跳節(jié)點(diǎn)應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)此數(shù)據(jù)報(bào)文，其值為負(fù),，下文簡(jiǎn)記為Rece,。
　假設(shè)S到D有通路，中間節(jié)點(diǎn)為A,、B,，此時(shí)節(jié)點(diǎn)S轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文到A，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)S處于簇首C的簇內(nèi),，C能夠監(jiān)聽(tīng)到節(jié)點(diǎn)S轉(zhuǎn)發(fā)了一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文,，同時(shí)，從該數(shù)據(jù)報(bào)文路由信處表中查得一下跳地址為節(jié)點(diǎn)A,，則執(zhí)行操作S.Recd.Send+1和A.Recd.Rece-1,，表示節(jié)點(diǎn)A需要轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文。如果節(jié)點(diǎn)A也正常轉(zhuǎn)發(fā)了該數(shù)據(jù)報(bào)文,，其簇首節(jié)點(diǎn)C會(huì)監(jiān)聽(tīng)到該數(shù)據(jù)報(bào)文,，執(zhí)行操作A.Recd.Send+1和B.Recd.Rece-1。節(jié)點(diǎn)B并不在簇首C的監(jiān)控范圍內(nèi),，但如果節(jié)點(diǎn)B正常轉(zhuǎn)發(fā)此數(shù)據(jù)報(bào)文到節(jié)點(diǎn)D,，則其簇首節(jié)點(diǎn)E會(huì)監(jiān)聽(tīng)到該數(shù)據(jù)報(bào)文并執(zhí)行操作B.Recd.Send+1和C.Recd.Rece-1。
　在MANET網(wǎng)絡(luò)中,，各簇首節(jié)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)周期結(jié)束時(shí)多播Hello消息,，彼此交換監(jiān)測(cè)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)表，其中,，服務(wù)周期的長(zhǎng)短由系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)定,。通過(guò)檢測(cè)算法就可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中是否存在報(bào)文攻擊及惡意節(jié)點(diǎn)號(hào)做出檢測(cè)。
2.4 報(bào)文丟棄攻擊全局感知算法詳細(xì)實(shí)現(xiàn)
　設(shè)網(wǎng)絡(luò)中共有m個(gè)IDS簇頭,，分別記為H1,、H2、…,、Hm,。則經(jīng)過(guò)一個(gè)Hello周期交換后，節(jié)點(diǎn)i應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)為-■Xk.I.Recd.Rece,，已發(fā)送的報(bào)文總數(shù)為-■Xk.I.Recd.Rece,。則節(jié)點(diǎn)i的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)率可以表示為：

2.5 惡意丟棄報(bào)文節(jié)點(diǎn)判定
　本方案采用狄克遜準(zhǔn)則對(duì)惡意節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判定。狄克遜準(zhǔn)則是通過(guò)極差比判定和剔除異常數(shù)據(jù),。與一般比較簡(jiǎn)單的極差方法不同,，該準(zhǔn)則為了提高判斷效率，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)量測(cè)定數(shù)應(yīng)用不同的極差比進(jìn)行計(jì)算,。該準(zhǔn)則認(rèn)為異常數(shù)據(jù)應(yīng)該是最大數(shù)據(jù)和最小數(shù)據(jù),，因此其基本方法是將數(shù)據(jù)按大小排隊(duì)，檢驗(yàn)最大數(shù)據(jù)和最小數(shù)據(jù)是否是異常數(shù)據(jù),。
　依式(4)分別計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的Status值,，從小到大排列為Status(1)，≤Status(2),，……≤Status(n),，因?yàn)閬G包率大的節(jié)點(diǎn)才有可能是惡意節(jié)點(diǎn)，所以這里舍棄最小值,，僅取最大值,，應(yīng)用狄克遜準(zhǔn)則進(jìn)行節(jié)點(diǎn)類(lèi)型進(jìn)行判定。如果f0>f(n,，α)就可以判定該值所對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)為可疑節(jié)點(diǎn),。f(n，α)可以查表獲得,，其中n是節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù),，α為檢驗(yàn)水平，根據(jù)檢測(cè)精度需要可以取0.01或是0.05,。fo的計(jì)算如下：

　為防止惡意簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送虛假報(bào)文丟棄通告對(duì)正常節(jié)點(diǎn)進(jìn)行攻擊,，節(jié)點(diǎn)i連續(xù)在兩個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)都被判定為可疑節(jié)點(diǎn)后，系統(tǒng)即判定該節(jié)點(diǎn)為惡意節(jié)點(diǎn),，發(fā)出告警并通過(guò)Hello消息廣播將該節(jié)點(diǎn)隔離出網(wǎng)絡(luò)后,，重新進(jìn)行報(bào)文丟棄惡意節(jié)點(diǎn)檢測(cè)。
　如果簇首節(jié)點(diǎn)j在自己的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)發(fā)動(dòng)虛假報(bào)文丟棄攻擊,，使正常節(jié)點(diǎn)i在該監(jiān)測(cè)周期內(nèi)被判定為可疑節(jié)點(diǎn),，但下一監(jiān)測(cè)周期中，由于更改了IDS簇頭,，節(jié)點(diǎn)i將不再被判定為可疑節(jié)點(diǎn),，則系統(tǒng)記錄節(jié)點(diǎn)j為可疑節(jié)點(diǎn)，認(rèn)為j在自己的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)可能發(fā)動(dòng)了虛假報(bào)文丟棄攻擊,，如果在節(jié)點(diǎn)j再次當(dāng)選為IDS簇首周期內(nèi),，再次有發(fā)送虛假報(bào)文丟棄攻擊嫌疑，則系統(tǒng)認(rèn)為節(jié)點(diǎn)j為惡意節(jié)點(diǎn)，發(fā)出告警并通過(guò)Hello消息廣播將該節(jié)點(diǎn)隔離出網(wǎng)絡(luò),。
　為便于算法實(shí)現(xiàn),，需要定義節(jié)點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
tepydef struct{
Bool Drop；//上一監(jiān)測(cè)周期節(jié)點(diǎn)狀態(tài)判定結(jié)果
Bool LastDrop,；//上一監(jiān)測(cè)周期節(jié)點(diǎn)狀態(tài)判定結(jié)果
Bool Cheat,；//簇首節(jié)點(diǎn)虛假報(bào)文丟棄攻擊嫌疑
}Node；
算法偽碼表示如下：當(dāng)系統(tǒng)一個(gè)監(jiān)測(cè)周期結(jié)束后,，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行如下算法,，設(shè)節(jié)點(diǎn)i的上一周期IDS簇首節(jié)點(diǎn)為j。
while(true)//系統(tǒng)按周期循環(huán)監(jiān)測(cè)
{
if (node.Drop)//被判定為可疑報(bào)文丟棄節(jié)點(diǎn)
    if(node.LastDrop)//上一周期也是可疑結(jié)點(diǎn)
        {Alarm(node),；//報(bào)警并隔離節(jié)點(diǎn),，
        next；
        }//進(jìn)入下一周期
else node.LastDrop = true,；//記錄node為可疑節(jié)點(diǎn)
else//node未被判定為可疑節(jié)點(diǎn)
 if(i.LastDrop)//上一周期是可疑節(jié)點(diǎn)
        if(j.Cheat)//如果j已是可疑節(jié)點(diǎn)
        {Alarm(j),；//報(bào)警并隔離節(jié)點(diǎn)j，
        netxt,；
        }//進(jìn)入下一周期
else
{ j.Cheat = true,；//記錄j可疑節(jié)點(diǎn)
      node.LastDrop = false；//節(jié)點(diǎn)node取消懷疑
}
}
3 實(shí)驗(yàn)與性能分析
　本文使用Qualnet[6]作為模擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),。在2 000×2 000的區(qū)域內(nèi)隨機(jī)布置100個(gè)節(jié)點(diǎn),。仿真時(shí)間為1 000 s，節(jié)點(diǎn)使用Random Waypoint移動(dòng)模型,，以0~ 20 m/s的速度運(yùn)動(dòng),。通信模型采用CBR(Continuous Bit Rat)流，CBR流大小為512 B,。每秒鐘發(fā)10個(gè)數(shù)據(jù)包,， 從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)有不間斷的數(shù)據(jù)包發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)層采用AODV路由協(xié)議,，實(shí)驗(yàn)中采用不同數(shù)量的惡意節(jié)點(diǎn)發(fā)動(dòng)報(bào)文丟棄攻擊和虛假報(bào)文丟棄攻擊,。影響仿真結(jié)果的因素很多，主要是環(huán)境的設(shè)置,，如節(jié)點(diǎn)間發(fā)報(bào)的速率,、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度、IDS簇首監(jiān)測(cè)周期大小,、節(jié)點(diǎn)活動(dòng)的范圍,。
　評(píng)價(jià)算法性能的主要指標(biāo)是惡意節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)率和惡意節(jié)點(diǎn)的誤檢率。檢測(cè)率是指被檢測(cè)出來(lái)的惡意節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)占網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際的全部惡意節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的比例,。誤檢率是指正常節(jié)點(diǎn)被誤檢為惡意節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)占整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中正常節(jié)點(diǎn)的比例,。對(duì)檢測(cè)率和誤檢率各做10次實(shí)驗(yàn),，然后取平均值。
　圖4表示了不同惡意節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,，全局感知算法的檢測(cè)率,。無(wú)論是否存在虛假報(bào)文丟棄攻擊，算法對(duì)惡意節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)率均隨著惡意節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中所占比例的增加有所下降,，因?yàn)閻阂夤?jié)點(diǎn)的增加導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)率的異常數(shù)據(jù)增多,，干擾了統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程,。圖5表示了不同惡意節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,，全局感知算法對(duì)惡意節(jié)點(diǎn)的誤測(cè)率。從圖5可以看出,，無(wú)論是否存在虛假報(bào)文丟棄攻擊,，算法的誤檢率都較低，雖然隨惡意節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增大而有小幅上升,，但最高不超過(guò)3%,。

　實(shí)驗(yàn)表明，本文算法的惡意節(jié)點(diǎn)檢測(cè)率和誤檢率性能良好,。在惡意節(jié)點(diǎn)所占比例較低的情況下,，檢測(cè)率接近100%，誤檢率接近0％,。隨著惡意節(jié)點(diǎn)所占比例的提高和惡意節(jié)點(diǎn)發(fā)送虛假的鄰居節(jié)點(diǎn)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)率信息,，惡意節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)率有所下降，但仍保持在90%以上,；誤檢率有所上升,，但仍保持在3％范圍內(nèi)。
　惡意簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送虛假的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn),，節(jié)點(diǎn)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)率信息對(duì)檢測(cè)率造成了一定的影響,，這主要是由于實(shí)驗(yàn)時(shí)指定的惡意節(jié)點(diǎn)并不一定會(huì)被選舉為簇首。本算法對(duì)于發(fā)送虛假報(bào)文丟棄攻擊,，需要在節(jié)點(diǎn)兩次當(dāng)選為監(jiān)測(cè)簇首才做出判定,，但這并不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的性能。因?yàn)樗惴ㄊ腔诖亟Y(jié)構(gòu)的,，惡意節(jié)點(diǎn)只有連續(xù)兩次當(dāng)選簇首才能對(duì)一個(gè)正常節(jié)點(diǎn)發(fā)動(dòng)虛假報(bào)文誣陷攻擊,，而算法在成簇階段已經(jīng)阻止了此類(lèi)攻擊發(fā)生，所以節(jié)點(diǎn)無(wú)法發(fā)動(dòng)虛假報(bào)文丟棄攻擊,，因此表現(xiàn)為檢測(cè)率降低,。在虛假報(bào)文丟棄攻擊惡意節(jié)點(diǎn)比例較高的情況下，檢測(cè)率平均降低了2%左右,。
　本文分析了現(xiàn)有依據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)檢測(cè)算法對(duì)報(bào)文丟棄攻擊和虛假報(bào)文丟棄攻擊進(jìn)行檢測(cè)算法存在的不足,，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于簇首協(xié)作的報(bào)文丟棄攻擊全局感知算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明,，該算法通過(guò)對(duì)報(bào)文丟棄攻擊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全局監(jiān)測(cè),，減輕了網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗；利用狄克遜準(zhǔn)則進(jìn)行惡意節(jié)點(diǎn)判定,，提高了報(bào)文丟棄攻擊的檢測(cè)精確度,；同時(shí)，由于使用了基于簇首的監(jiān)測(cè)方式,，惡意節(jié)點(diǎn)在作為簇成員的時(shí)候無(wú)法發(fā)動(dòng)虛假報(bào)文丟棄攻擊,，很大程度上抑制了虛擬報(bào)文丟棄攻擊在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的頻率。由于算法基于全局監(jiān)測(cè)周期進(jìn)行消息交換,，在周期結(jié)束的時(shí)候進(jìn)行惡意節(jié)點(diǎn)的檢測(cè),，因此，在提高入侵檢測(cè)響應(yīng)速率和改進(jìn)Hello消息傳播方式節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬方面需要進(jìn)一步優(yōu)化,。
參考文獻(xiàn)
[1] PAUL K,， WESTHOFF D.  Context aware detection of selfish Nodes in DSR based Ad hoc networks[C]. IEEE Global Telecommunications Conference， 2002： 178-182.
[2] LEE S,， CHOI Y. A resilient packet-forwarding scheme against maliciously packet-dropping nodes in sensor  networks[C]. Proceedings of the 4th ACM Workshop on Security of Ad Hoc and Sensor Networks (SASN’06). Alexandria,， USA， 2006：59-70.
[3] MARTI S,， GIULI T,， LAI K， et al. Mitigating routing misbehavior in mobile Ad Hoc networks[C]. Proceedings of the 6th International Conference on Mobile Computing and Networking (Mobicom’00). Boston,， USA,， 2000： 255-265.
[4] ZHONG S， CHEN J,， YANG Y R. Sprite： a simple cheat-proof credit-Based system for mobile ad hoc networks[C]. INFOCOM 2003,， twenty Second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications. San Francisco， CA,， USA,， April， 2003：1987-1997.
[5] 王芳,，易平,，吳越，等.基于規(guī)范的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)分布式入侵檢測(cè)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),，2010,，37(10)：118-122.
[6] JAIKAEO C， SHEN C C. Qualnet Tutorial[R]. Scalable Network Technologies,， University of Delaware,， 2007：21-46.