基于LoRaWAN协议的通信隐私保护方案的设计与实现

随着智慧城市建设的发展，对物联网技术的要求越来越高，这对网络设备的功耗、通信距离都提出了更高的要求。低功耗广域网（Low Power Wide Area Network（LPWAN））技术以功耗低、距离远、网络部署规模大的优势在物联网应用中兴起。但是，由于传感器节点数量大、安全能力有限导致出现老化节点与恶意节点，所以网络中传感器设备在效率和私密性方面并不是完全可靠的。本文从LoRa的媒体介入控制(Media Access Control，MAC) 层协议LoRaWAN出发，针对LoRaWAN协议定义的网络架构，对基于LoRaWAN的通信系统进行隐私保护的研究与设计。具体研究内容分为以下几点：
第一，为了解决网络中传感器设备在效率和私密性方面并不完全可靠的问题。本文提出了一种面向物联网的高效通信隐私保护方案。本方案的特点是利用了Paillier同态密码系统和布隆过滤器，在网络通信中实现了更好的隐私性和更高的效率。通过实验结果与分析表明，本文提出的方案能够在范围查询中实现隐私保护，证明了该方法的有效性。
第二，利用仿真实验测试了本文提出的隐私保护方案在LoRaWAN中的有效性。首先，通过模拟实现了本文的隐私保护方案中各模块所需功能以及方案流程，测试了本方案在理想情况下的正确性与有效性。然后，利用NS-3仿真实现一个完整的LoRaWAN协议网络模型，并在LoRaWAN中测试了本文方案的具体流程，验证了本文的隐私保护方案在LoRaWAN协议网络中的有效性。最后，对本文方案在LoRaWAN中的仿真实验进行了分析。实验结果与分析表明，本文方案能够有效应用于LoRaWAN网络中，实现了用户的隐私保护。

关键词：同态加密；隐私保护； LoRaWAN；NS-3

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