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　　第 ４７卷 增刊２０１７年 １１月东 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４７ ＳｕｐＮｏｖ．２０１７ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１７．Ｓ１．０２３基于 Ｍｅｒｋｌｅ哈希树的范围查询验证技术赵蒙 王雷 匡林爱 叶松涛 刘栋（湘潭大学信息工程学院，湘潭 ４１１１０５）（湖南省湘潭大学智能计算与信息处理教育部重点实验室，湘潭 ４１１１０５）摘要：由于目前在两层传感器网络中的范围查询验证技术主要基于 Ｍｅｒｋｌｅ哈希树，存在验证对象大、验证过程冗余、安全性低等问题，提出一种新颖的基于 Ｍｅｒｋｌｅ哈希树数据完整性验证方案．该方案采用部分物化的思想优化哈希树模型，首先将叶子节点分为若干组，每组构建一棵子哈希树，这些子哈希树构成第 １层子树，并且只对第 １层子树的根节点签名；然后按照同样的方法，将第 ...

　　第 ４７卷 增刊２０１７年 １１月东 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４７ ＳｕｐＮｏｖ．２０１７ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１７．Ｓ１．０２３基于 Ｍｅｒｋｌｅ哈希树的范围查询验证技术赵蒙 王雷 匡林爱 叶松涛 刘栋（湘潭大学信息工程学院，湘潭 ４１１１０５）（湖南省湘潭大学智能计算与信息处理教育部重点实验室，湘潭 ４１１１０５）摘要：由于目前在两层传感器网络中的范围查询验证技术主要基于 Ｍｅｒｋｌｅ哈希树，存在验证对象大、验证过程冗余、安全性低等问题，提出一种新颖的基于 Ｍｅｒｋｌｅ哈希树数据完整性验证方案．该方案采用部分物化的思想优化哈希树模型，首先将叶子节点分为若干组，每组构建一棵子哈希树，这些子哈希树构成第 １层子树，并且只对第 １层子树的根节点签名；然后按照同样的方法，将第 １层子树签名的根节点分为若干组，形成第 ２层子树．以此类推，直到最后只有一颗哈希树为止；最后，基站通过部分签名的根节点便可验证查询结果的真实性．实验结果表明，该方案可以增强哈希树的抗攻击性，提高查询结果的验证速度，降低各节点计算 ｈａｓｈ值的复杂度．关键词：无线传感器网络；范围查询；完整性验证；Ｍｅｒｋｌｅ哈希树；签名中图分类号：ＴＰ３９３文献标志码：Ａ文章编号：１００１－０５０５（２０１７）Ｓ１０１１８０５ＲａｎｇｅｑｕｅｒｙｉｎｔｅｇｒｉｔｙｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＭｅｒｋｌｅｈａｓｈｔｒｅｅＺｈａｏＭｅｎｇ ＷａｎｇＬｅｉ ＫｕａｎｇＬｉｎａｉ ＹｅＳｏｎｇｔａｏ ＬｉｕＤｏｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０５，Ｃｈｉｎａ）（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１０５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｕｅｔｏｔｈａｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒａｎｇｅｑｕｅｒｙｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｔｈｅｔｗｏｌａｙｅｒｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｉｓｍａｉｎｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＭｅｒｋｌｅｈａｓｈｔｒｅｅ，ｗｈｉｃｈｈａｓｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｌａｒｇｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔ，ｒｅｄｕｎｄａｎｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓａｎｄｌｏｗｓｅｃｕｒｉｔｙ，ａｎｏｖｅｌｄａｔａｉｎｔｅｇｒｉｔｙｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎＭｅｒｋｌｅｈａｓｈｔｒｅｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｈａｓｈｔｒｅｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｐａｒｔｉａｌｍａｔｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｓｃｈｅｍｅ．Ｆｉｒｓｔ，ａｌｌｏｆｔｈｅｌｅａｆｎｏｄｅｓａｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｇｒｏｕｐｓａｎｄｅａｃｈｇｒｏｕｐｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓａｈａｓｈｓｕｂｔｒｅｅ．Ａｌｌｔｈｅｈａｓｈｔｒｅｅｓａｒｅｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅｌｙｃａｌｌｅｄｔｈｅｆｉｒｓｔｌａｙｅｒｓｕｂｔｒｅｅ，ｏｎｌｙｔｈｅｒｏｏｔｎｏｄｅｏｆｗｈｉｃｈｉｓｓｉｇｎｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｉｎｔｈｅｓａｍｅｗａｙ，ｔｈｅｓｉｇｎｅｄｒｏｏｔｎｏｄｅｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｌａｙｅｒｓｕｂｔｒｅｅａｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｇｒｏｕｐｓｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｓｅｃｏｎｄｌａｙｅｒｓｕｂｔｒｅｅ，ａｎｄｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｏｎｌｙｏｎｅｈａｓｈｔｒｅｅａｔｔｈｅｅｎｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｕｔｈｅｎｔｉｃｉｔｙｏｆｑｕｅｒｙｒｅｓｕｌｔｓｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐａｒｔｉａｌｌｙｓｉｇｎｅｄｒｏｏｔｎｏｄｅｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｈａｓｈｔｒｅｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｏｆｑｕｅｒｙｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｈａｓｈｖａｌｕｅｏｆｅａｃｈｎｏｄｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ；ｒａｎｇｅｑｕｅｒｙ；ｉｎｔｅｇｒｉｔｙｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ；Ｍｅｒｋｌｅｈａｓｈｔｒｅｅ；ｓｉｇｎａｔｕｒｅ收稿日期：２０１７０６１９．作者简介：赵蒙（１９９０），男，硕士生；王雷，男，博士，教授，硕士生导师，３６４７１５３５８＠ｑｑ．ｃｏｍ．基金项目：赛尔网络下一代互联网技术创新资助项目（ＮＧＩＩ２０１６０３０５）、湖南省重点学科建设资助项目、国家自然科学基金资助项目（６１６４０２１０，６１６７２４４７）、湘潭大学“产学研提质专项”资金支持资助项目（１１ＫＺ｜ＫＺ０３０５１）、湖南省物联网学会华为基金资助项目（ＫＨ０１１１６）、湘潭大学第九批教学改革研究资助项目（２９０４１０１）．引文格式：赵蒙，王雷，匡林爱，等．基于 Ｍｅｒｋｌｅ哈希树的范围查询验证技术［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１７，４７（Ｓ１）：１１８ １２２．［ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１７．Ｓ１．０２３］ 无线传感器网络 （ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）作为物联网不可或缺的组成部分，已经被广泛应用于诸如环境监测、电子卫生等许多 应用 ［１２］ ．在环境监测方面，无线传感器网络用于跟踪生物种群，保护野生动物不被非法捕猎．在电子健康领域，用于检测人体生理指标参数（如血糖，