黑洞攻击和虚假汇聚攻击对基本LEACH的影响附Matlab代码

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🔥 内容介绍

二、黑洞攻击对 LEACH 协议的影响

（一）攻击实施路径

黑洞攻击节点通过伪装簇头或簇内节点，吸引周围节点的数据传输并恶意丢弃，具体实施步骤如下：

1. 簇头伪装：攻击节点在簇建立阶段伪造高信号强度的簇头广播包，使更多节点选择加入其所在簇；

1. 数据拦截：在稳定传输阶段，攻击节点按 TDMA 时隙接收簇内节点的采集数据，但不执行数据融合与转发；

1. 链路阻断：若攻击节点成为簇头，会直接中断该簇与汇聚节点的通信链路，形成数据传输 "黑洞"。

（二）关键危害表现

1. 数据传输失效：单个黑洞节点可导致其所在簇的全部数据丢失。实验表明，当网络中存在 5% 的黑洞节点时，数据投递率可下降至 40% 以下，且随攻击节点比例增加呈指数级衰减；

1. 能量浪费与网络失衡：簇内节点按正常流程消耗能量传输数据，却未产生有效通信，加速了非攻击节点的能量耗尽。同时，黑洞节点无需转发数据，能量消耗极低，破坏了 LEACH 的能量均衡机制；

1. 簇重构恶性循环：黑洞节点会持续参与后续轮次的簇头选举，凭借低能量消耗优势更易当选，进一步扩大攻击范围。

三、虚假汇聚攻击对 LEACH 协议的影响

（一）攻击实施路径

虚假汇聚攻击通过伪造汇聚节点身份，欺骗簇头节点将数据转发至虚假目标，具体流程为：

1. 身份伪造：攻击节点广播伪造的汇聚节点信标帧，声称自身为更优的 "近程汇聚节点"；

1. 信任劫持：簇头节点基于信号强度判断通信距离，优先选择虚假汇聚节点作为转发目标；

1. 数据窃取或丢弃：攻击节点接收簇头转发的融合数据后，或窃取敏感信息，或直接丢弃，导致数据无法送达真实汇聚节点。

（二）关键危害表现

1. 全网通信瘫痪风险：汇聚节点作为 LEACH 的通信终点，其身份被伪造后会导致多个簇的数据流偏离正确路径。当虚假汇聚节点覆盖 50% 以上的簇头时，可造成全网数据传输失效；

1. 簇头能量快速耗尽：簇头节点向虚假汇聚节点传输数据时，可能因实际距离过远或路径不稳定，产生远超正常水平的通信能耗。测试显示，受攻击簇头的能量消耗速度是正常节点的 2-3 倍；

1. 协议信任体系崩塌：虚假汇聚攻击破坏了节点对 "汇聚节点唯一性" 的基本假设，即使攻击停止，簇头节点也难以快速恢复对真实汇聚节点的识别，导致协议长期处于不可靠状态。

四、两种攻击的协同影响与 LEACH 协议失效模式

当黑洞攻击与虚假汇聚攻击协同实施时，会形成 "簇内拦截 + 簇间误导" 的双重打击：

1. 多层数据阻断：黑洞节点在簇内拦截原始数据，虚假汇聚节点在簇间误导融合数据，形成从采集端到终端的全链路数据丢失；

1. 能量均衡彻底失效：受攻击网络中，簇内节点因黑洞攻击无效耗能，簇头因虚假汇聚攻击超额耗能，正常节点与攻击节点的能量差距急剧扩大，网络生命周期可缩短 60% 以上；

1. 分簇机制崩溃：反复的通信失败会导致节点对簇头与汇聚节点的信任全面丧失，在后续簇重构中出现 "拒绝加入任何簇" 或 "随机选择簇头" 的混乱状态，彻底瓦解 LEACH 的分簇架构。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 齐修文.论网络虚假信息传播的法律规制[J].法制与社会:旬刊, 2012.

[2] 李沛谕,张治学.基于安全区域的汇聚节点位置隐私保护协议算法设计[J].系统仿真学报, 2015(12):8.DOI:CNKI:SUN:XTFZ.0.2015-12-015.

[3] 李军文.无线Mesh网黑洞攻击和自私节点的研究[D].湖南科技大学,2013.DOI:10.7666/d.D466714.

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