I ndo ne s i a n J o ur na l  o f  E l e c t r i c a l  E ng i ne e r i ng  a nd C o m p u t e r  Sc i e nc e   V o l.   11 ,  N o.   1 J ul y   201 8 , p p 284 ~ 29 3   I SSN :   2502 - 4752 D O I :  10. 11 591/ i j eecs . v 11 .i 1 .p p 284 - 2 93           284       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c or e . c om / j our nal s / i nde x . php/ i j e e c s   A Secu re Da t a   Ag g reg a t io n T echni que f o Wireles s   Sens o Net w o rk s  Us ing  I t era t iv F ilt eri ng       Jyot h i  R 1 ,  N ag ar aj  G  C h ol l i 2   1 R es ear ch  S ch o l ar ,  A s s i s t an t  P r o f es s o r ,  D ep t   of  C S E ,  G A T ,  B e ng a l ur u,  I n di a   2 A s s oc i a t e  P r of e s s or ,  D e pa r t m e nt  of  I S E ,  R . V . C ol l e g e  of  E ng i ne e r i ng ,  B e ng a l ur u,  I n di a       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   J ul  2 ,  201 7   Re v i s e d   J an   12 ,  2 01 8   A ccep t ed   A pr  18 ,  20 1 8       W i r el es s  s en s o r  s y s t e m s  ar a c c um ul a t i on  of  s e ns or  h ubs  w hi c h  s e nd t he   de t e c t e d i nf or m a t i on t o s i nk  hub .  A s  s e ns or  hubs  a r e  c on s t r a i ne d t o   c o m p u ta tio n a l p o w e r  a n d  v ita lit y  a s s e t,   a   v ita lit y  p r o f ic ie n t u s a g e  o f   a s s e ts   a r e  ba s i c  k e e pi ng  i m i nd t he  e nd g oa l  t o ut i l i z e  or g a ni z e   f or  l ong er  l en g t h .   H e nc e  da t a  t r a f f i c  i ns i de  ne t w or k  a nd l a r g e  a m ount  of  da t a  s e ndi ng  t o ba s e   s t at i o n  n eed  t o  b e r ed u ced .  T h e m ai n  g o al  o f  d at a a g g r eg at i o n  i s  t o  en h an ce  t h e n et w o r k  l i f e t i m e b y  g at h er i n g  an  ag g r eg at e d at a i n  an  e n er g y  e f f i ci en t   m an n er .  I t er at i v F ilte r in g   a lg o r ith m  a r e   m o r e  r e lia b le   a n d  e f f ic ie n c om pa r e d t o e x i s t i ng   m e t hod a nd i t  pr ov i de s  t he  w a y   f or  a g g r e g a t i ng  t he  da t a   a t  s e c ur e  l e v e l  a nd  da t a  t r us t w or t hi ne s s .  I or de r  t o s t r e ng t he n s e c ur i t y  l e v e l s   a t  c l us t e r  he a d c r y pt og r a phi c  a l g or i t hm  s uc h a s   R S A  a lg o r ith m  is  u s e d  to   en cr y p t  t h e ag g r eg at ed  d at a b y     u s i n g  p u b l i c k e y  an d  d ecr y p t  d at a at  b as e   s t a t i on  by  us i ng  i t s  ow n pr i v a t e  k e y .   W he r e  t hi s  m e t hod i s  r e s p o ns i bl e  f or   s ecu r i n g  t h e i n f o r m at i o n  t h at   i s   ag g r eg at ed  at  cl u s t er  h ead  an d  al s o  s ecu r es   th e  i nf or m a t i on pa s s e d t hr oug t he  ne t w or k s .  T he  s i m ul a t i on r e s ul t s  s h ow s   t ha t  pr op os e d m e t hod c ons um e s  l e s s  c om put a t i on t i m e ,  da t a  t r a n s m ittin g ,   hi g h s e c ur i t y  a nd   h as  a g o o d  s t o r ag e cap aci t y  t h an  co m p ar ed  t o  ex i s t i n g   a lg o r ith m .   Ke y wo rd s :   C r y pt og r a ph i c   a l g o r ith m   D at a ag g r e g at i o n   I te r a tiv e  f i lte r in g   S ecu r i t y   W i r e l e s s s e n s o r  n e t w o r k   C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   J yo t h i  R   R es ear ch   S ch o l ar ,   A s s i s t a n t  P r o f es s o r ,  D ep t   o f  C S E ,  G A T ,  B e nga l ur u,  I nd i a   E m a il:  j y o th ir . g a t @ g m a il       1.   I NT RO D UCT I O N   1. 1.   B ac k gr ou n d   W i r e l e s s  s e n s or   n e t w or k i s   a  di s t r i bu t e n e t w or k a n i t  i s  c o m pr i s e d of  a  l a r g e   num be r  o f   d is tr ib u te d ,  s e lf - d i r ect ed ,  t i n y  an d  l o w  p o w er ed  d ev i ces  cal l ed  s en s o r  n o d es .  S en s o r  n o d es  ar e l i m i t ed  t o   co m p u t at i o n al  p o w er  an d   e ne r gy   r es o u r ces .  L i f et i m e o f   s en s o r   n o d es  ar e s h o r t  b ecau s e o f  l o w  b at t er y   po w e r e d a n d l o w e r  c o m m un i c a t i on  r a ng e .  E x a m pl e s  of  W S N  a r e  f l ood de t e c t i on ,  e n vi r onm e n t a l   m oni t or i ng  an d  ar m y   s u r v ei l l a n ce,  acci d e n t  r ep o r t ,  h eal t h  car e.  W S N  c o n t i n u o u s l y  co l l ect s  d at a an d   s en d  i t  t o  s i n k  i . e.   B as e s t at i o n .  D u e t o  l i m i t ed  l i f et i m e o f  s e n s o r  d ev el o p i n g   W S N  f aces  a n u m b er  o f  ch al l en g e s .  W S N  h av e   m a n i s s ue s  t ha t   c o n s u m p t io n ,  s e c u r it y ,  c a lib r a tio n ,   lo c a li z a tio n ,  D e v e lo p m e n t,  s y n c h r o n iz a tio n  e tc .  o u t o f   w h i c h s e c ur i t a n d e n e r gy  c ons um pt i on  a r e   m a j or  i s s u e s  o f   s e ns o r s . T he  p r o c e s s  o f   ga t he r i n g a nd  a ggr e ga t i ng   t h e d at a i s  k n o w n  a s  d at a ag g r eg at i o n  a n d  i t s   m a i n   g o al  i s  t o  en h a n ce t h e l i f et i m e o f   n o d es  i n  a n et w o r k .  D at a   a ggr e ga t i o n  i s  a  p r o c e s s  o f  a ggr e ga t i ng  d a t a  s e ns e d  b y   s e ns o r  no d e s   us i n f u nc t i o n s u c h a s   m a x,   m i n,  a nd   av er ag e an d  t h e n  t r an s m i t s  t h e ag g r eg at ed  d at a t o  b as e s t at i o n .  B y  t h e s e al g o r i t h m  s e n s o r  n o d es  co n s u m e s   le s s  p o w e r  to  tr a n s m it d a ta .   D a t a  a ggr e ga t i o n r e d uc e s  t he   e ne r g y  c o ns u m p t i o n b y  e l i m i na t i ng r e d u nd a nc y [1 ] .  S en s o r  n o d es  ar b a tte r y   li m i te d   he nc e   t o   s av e   en er g y   an d   r es o u r ces   ar t h e   m o s t   p o t en t i al   el e m en t . S o m e   o f   t h s i g n i f i ca n t   p er f o r m a n ce  m eas u r es  o f  d at ag g r e g at i o n  al g o r i t h m  ar e n et w o r k  l i f et i m e,  d at a accu r ac y  a n d  l at en c y [ 2, 3] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  Se c ur e  D at a A ggr e gat i o n T e c hni que  f or  W i r e l e s s  Se ns or  N e t w or k s  U s i ng I t e r at i v e  F i l t e r i ng  ( J y o th i R )   285   1. 2.   P r o bl e m   A s   w i r el es s  s e n s o r   n et w o r k s  ar e u s ed  i n  r e m o t e a nd  ho s t i l e  e nvi r o n m e nt  i n o r d e r  t o  t r a ns f e r   s e n s iti v e  in f o r m a tio n .   T h er ef o r e   s ecu r i t y  b eco m es   m aj o r  i s s u e s  i n   W S N .   H en ce  a   s u i t ab l s ec u r i t y   m ech a n i s m   n eed  t o  b e d es i g n e d  t o  p r ev en t  t h e co m p r o m i s ed  n o d e f r o m  al t er i n g  a g g r e g at ed .   I n W S N  c o m m u ni c a t i o n t a ke s   u m os t  of  t h e  s e n s or s  e n e r gy  be c a u s e  s e n s or   n ode s  a r e   l i m i t e t b at t er y  p o w er ed  a n d  en er g y   r es o u r ces .   I n  W S N   s e ns or  node s  a r e  g oi ng  t o be  de pl o y e d i n   m os t  c r i t i c a l   e n v ir o n m e n t i n  o r d e r  to  tr a n s f e r  s e n s iti v e  in f o r m a t io n  to  d e s tin a tio n  n o d e .  S i m p le  d a ta  a ggr e ga t i o n i s   m o r e   v u l n e r a bl e  t o n ode  c om pr o m i s i ng   at t ac k s ,   w h er e co m p r o m i s ed  n o d es  i n j ect  f al s e d at a t o  n o d es  an d  al t er s  t h e   f i n al  o r i g i n al  d at a.  A n d  t h i s  s i m p l m et h o d  d eg r ad es  t h e p er f o r m a n ce o f  n o d es  a n d  l ack  i n  accu r ac y .        1. 3.   P r o po s e d So l ut i o n   H en ce an   I te r a ti v e   f ilte r i n g  a l g o r ith m s  a r e  a ttr a c ti v e  o p tio n  in  W N S  b e c a u s e   it e li m i n a te s  b o th  th e   p r o b l e m s   s uc h a s  d a t a  a ggr e ga t i o n a nd  d a t a  t r us t w o r t hi ne s s   u s in g  s in g le  ite r a ti v e   m e t h o d  b u t s i m p le   tr a d itio n a l s e c u r it y  a p p r o a c h  a r e  n o t s u ita b le  to  a c h ie v e  e n d  to   e nd  c o nf i d e nt i a l i t y  a nd  p r i va c y [ 4, 5] .   T a d d r e s s  a ll t h is   s e c u r it y   is s u e s   w e  p r o p o s e  a n  i m p r o v e m e n t o  ite r a tiv e f ilte r i n g   m e th o d  b y   a p p ly i n g  a   s u i ta b le   s e c ur i t y m e c ha ni s m .   I n t he   F i g u r e 1  d at ag g r eg at i o n  h ap p en s  at  cl u s t er  h ead   w h er e cl u s t er  h ead  i s  ch o s e n  o n e a m o n g  t h e   s e n s o r  no d e s  i ne t w o r k.  C l us t e r   he a d  t r a ns m i t  t he  a ggr e ga t e d  d a t a  t o  b a s e  s t a t i o w hi c i n t ur n r e d uc e   r ed u n d an c y  an d  co n s u m es  l e s s  en er g y [ 6, 7] .           F i g ur e   1 .  C l u s t er  B as ed  D at a A g g r eg at i o n .       T r a di t i on a l l y  s e n s or   n ode s  s e nd   d at a t o  b as s t at i o n   w h en e v er  b as e s t at i o n  r eq u e s t s   f o r  n et w o r k .  B u t   t h r o u g h  t h i s  t y p e o f   m et h o d  en er g y  co n s u m p t i o n   w i l l  b e h i g h .  I n  o r d er  t o  i n cr eas e n o d e l i f et i m e cl u s t er  b as ed   d a t a  a ggr e ga t i o n i s   us e d .       2.   TEC H N I Q U E S  U S ED   2 .1 D a t a A g gr e gat i on   2. 1. 1.   I m p or t an c e of  A ggr e ga t i on   A g gr e ga t o r  f unc t i o n f i g ur e  o ut  t he  r e a d i ng s  f r o m  s e ns o r  no d e s .  F o l l o w i ng r e q ui r e m e n t s   ne e d  t o  b e   a ppl i c a bl e  f or  c o m pu t i ng  t h e   a g g r e g a t e   f u n c t i on s .  ( 1)  I n di vi du a l  s e ns or  n ode s  da t a   h a s  t o be  pr ot e c t e w i t t he  p r i va c y.  ( 2 )  M i ni m u m   n u m b er  o f   m e s s a g es   h as  t o  b e t r an s m i t t ed   w i t h i n  t h e n e t w o r k  b eca u s e d at ag g r e g at i o n  p r o ces s   n eed s  t o   m i n i m al .  ( 3 )  Mai n t ai n  t h e ex a ct  accu r ac y  o f  t h e d at a ag g r eg at i o n  r es u l t [8 ] .  It ’s   an  ef f ect i v e ap p r o ach  t o  ag g r eg at e t h e d at a at  cl u s t er   h ea d  f o r  o p t i m al   m a ki ng  us e  o f  t he  r e s o ur c e s  l i ke   b a nd w i d t h a nd  e ne r g y   i n W S N . D a t a  a g gr e ga t i o n f r a m e w o r k s ho w n i n t he  b e l o w   F i g ur e   2.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p   Sc i ,   Vo l 11 , N o .   1 J ul y   201 8   :   2 84     293   286       Fi g ur e   2 .   D at A ggr e ga t i o A l g o r ith m   F r am ew o r k       2. 1. 2.   C l u s t er A p p ro a ch   I n   w i r el es s  s e n s o r  n et w o r k s   s en s o r  n o d es  ar e n o t  cap ab l f o r  s en d i n g  t h e d at a d i r ect l y  t o  t h e b as s t at i o n  i n  s u c h  cas es ,   m a k e u s e o f  a cl u s t er  ap p r o ach  i s  accep t ab l e.  I n  t h i s  el e g a n t  t y p e o f   m et h o d  d i v i d es  t h e   w hol e  n e t w or k  i n t o num be r   of  g r ou pe c l us t e r s .  E a c c l us t e r   gr o up  i s   ha v i n g t he   o w n C l u s t e r  H e a d .   A g gr e ga t i o n o f  a l l   t he  d a t a  ha s  t o  b e  t a ke n c a r e  b y t he   he a d   o f  t he  c l us t e r  a nd  i t   w i l l  t r a ns m i t  t he  r e s ul t  o f  t he   ag g r e g at i o n  t o  b as e s t at i o n .  T h e cl u s t er  h ead  ca n  d i r ect l y  c o m m u n i cat w i t h  t h e b as e s t a t i on  t h r ough  ot h e r   cl u s t er  h ead .         3.   P R O J EC T D ES C R I P T IO N     S ecu r e d at a ag g r e g at i o n  i s  t h e p r o ces s  o f  s ec u r i n g  t h e a g g r eg at ed  co n t en t  at  t h e cl u s t er   h ead  l ev el .   B as i cal l y  t h e d at w h i c h  i s  s e n s ed  f r o m  t h e s en s o r  n o d es  ar e t r an s f er r ed  b et w ee n  t h e n o d es  an d  t h e n   w e ar e   a p p ly i n g  th e  ite r a ti v e  f i lte r in g  a lg o r it h m  to  f i n d  o u t t h e  m a lic io u s  n o d e s  a m o n g   t h e cl u s t er   n o d es .  A f t er   f i n d i n g  o u t  t h m al i c i o u s   n o d es  d at w h i ch   w h av e r ecei v ed  f r o m  t h at  p ar t i cu l ar   n o d e w i l l  b e b l o ck ed  an d   t h en  p r o ces s ed   w i t h  t h e s ecu r e d at a .   T ill n o w  it s  th e   f ir s t p h a s e  o f  o u r  p r o j e c t,  in  th is  p a p e r  w e  a r e  g o in g  to   p r o v i d e t h e o n m o r e l ev el  o f   s ecu r i t y  t o  t h e a g g r e g at ed  d at a at  t h e cl u s t er  h ead . I n i t i al l y  s e n s o r s   n o d es  h av i n g   t h e  e r r or ,  s e n s or s  c a n  be   m ode l e d b y   u s i ng  G a u s s i a n   v a r i a bl e  t o e s ti m a te  t h e  b ia s .   B ia s  e s ti m a tio n  i s  t h e  f ir s t   s t ep  o f  t h f i n d i n g  o u t  t h m a l i ci o u s   n o d e.  B as ed  o n  t h e es t i m at ed  b i as   v al u e d e f i n e an d  c o m p u t e t h m at r i ces   t o  es t i m at e t h e v ar i a n ce v al u e.  E s t i m at ed  b i as  v al u e i s  s u b t r act ed  f r o m  t h e s e n s o r  r ead i n g s ,  u s i n g   M L E   m e t ho d  r e p ut a t i o n ve c t o r  e s t i m a t e d .  T he  s e ns o r  no d e s   ha vi ng t he   no n - z e r o  M L E  v a lu e   w ill b e  th e   m a lic io u s   n ode  i n  ou r  a ppr oa c h .       4.   R ES EA R C H  M ETH O D   4. 1.   I t era t i v F ilt e r in g   I te r a tiv e  F ilte r i n g  a l g o r ith m   is  a n  a ttr a c tiv e  s o l u tio n  f o r  W S N  b ecau s e i t  s o l v es  b o t h   pr o bl e m s   a g g r e g a t i on  o f  da t a  a n d da t a  t r u s t w or t hi n e s s   u s i ng  a  s i ng l e   pr oc e du r e . T h i s  k i n d of  t r us t w or t h i n e s s  e s t i m a t i on  i s  b a s e d  o n t he  d i s t a nc e  o f  t h e  r e a d i ngs   f r o m  t he  s e ns o r .   A ggr e ga t i o i s   us ua l l y a   w e i ght e d  a ve r a ge ;  s e ns o r s   w hos e  r e a di ng s   m o s t  di f f e r   f r o m  s uc h e s t i m a t i o n a r e  a s s i gne d  t o  b e  a  l e s s  t r us t w o r t hi ne s s .       4. 1. 1.   B i a s   S s ti m a ti o n   I n  t h is  a p p r o a c h  B ia s  e s ti m a t io n   w il l b e  t h e   f ir s s te p  o f  f i n d in g  o u t t h e   m a l ic io u s   n o d e s .  I n it ia ll y   s en s o r s  r ead  t h e  d at a ar o u n d  t h at  i s  t a k e n  as  S i.   G a u s s ia n  d i s tr ib u tio n   v ar i ab l e v al u w i l l   b e co n s i d er ed  as  E i.   B y   A d d i ng  t he  a c t ua l  va l ue  o f  t he  s e ns o r  S w it h  t h e  G a u s s ia n  d is tr ib u tio n  v a r ia b le  E i,   w e  w ill g e a  v a l u e   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  Se c ur e  D at a A ggr e gat i o n T e c hni que  f or  W i r e l e s s  Se ns or  N e t w or k s  U s i ng I t e r at i v e  F i l t e r i ng  ( J y o th i R )   287   b e co n s i d er ed  as  X i.   I f  an  at t ack er  i n cl u d e t h e i n v al i d  d at a t h at   w i l l  b e co n s i d er ed  as  a v a l u A i.   C ons i de r  t h e   b e lo w  e x p la n a tio n     X i   = S i +E i                                                                                                                   (1 )   I f  an  at t ac k er  i n cl u d e t h e i n v al i d  d at a t h at   w i l l  b e co n s i d er ed  as  A i   F = X + A i                                                                                                                (2 )   F i s  t h e b i as   v al u w e h a v e ca l cu l at ed  f r o m   t h s en s o r  d at a.   W e h av e i m p l e m e n t ed  t h i s  s i m p l e ap p r o ach  t o  f i n d  o u t  t h e m al i ci o u s   n o d es .         4. 1. 2.   V a ri a n ce  E s ti m a ti o n     W e can  n o w  o b t ai n  an  es t i m at i o n  b as ed  o n  t h b i as  v al u w h i ch   w e h a v e cal cu l at ed .  F o r  f i n d i n g  o u t   t h e v ar i a n ce v al u w h av a s i m p l e ap p r o ach ,  s u b t r act i n g  t h e b i as  v al u e F w it h  G a u s s ia n  d is tr ib u tio n   r an d o m  v ar i ab l e E w i l l  g et  a  v ar i an ce v al u e.                                                           FF i   F   E i                                                                                                   (3 )       4. 1. 3.   M LE  E s ti m a ti o n   I n   t h e  p r ev i o u s   s ect i o n s ,   w p r o p o s ed   an   ap p r o ach   f o r   es t i m at i n g   t h e b i as   a n d   v ar i a n ce   v al u f o r   ba s e d on  t h e i r  r e a di ng s .  M a x i m um  l i k e l i h ood  es t i m at i o n  i s   b as ed  o n  t h v ar i an ce  v al u e an d  t h e act u al  r ead i n g   of  t h e  s e n s or   w hi c h  i s  de n ot e d a s  S i n t he  p r e vi o us   s e c t i o n.                                                                                                              H er e F F i is  th e   va r i a nc e   va l ue   w e  o b t a i n  i n t he  p r e vi o us  s e c t i o n a nd  S i s   th e  in itia l r e a d in g  o f  t h e   s en s o r  n o d e,  as  t h i s   i s  t h s i m p l e ap p r o ach   w h av e  i m p l e m en t ed  i n  t h i s  p ap er .   A f t er  s u b t r act i o n   w w i l l   g et   t h e M L E  v al u e co r r es p o n d en c e t o  t h e v ar i an ce.   No n - zer o  M L E   va l ue   i nd i c a t e s  t ha t  t he r e s  a n i nj e c t i o n o f  i nva l i d  d a t a  i n t he   ne t w o r k; w e   m a r t ha t   n o d e as  a Mal i ci o u s   n o d e i n  t h e n et w o r k .  ML E   v al u e zer o  i n d i cat es  t h at  t h er e’ s  n o   m al i c i o u s  act i v i t y  i n   t h e   n et w o r k .   A g g r eg at o r   n o d e t ak es  t h e d at f r o m  a l l  t h es e  s ec u r n ode s  t h e n i t s a gg r e g a t e  a n d  pa s s e d t o t h e   s i nk  n ode .     4. 2.   S y s t e A rch i t ect u re   T h e i m p o r t an t  n ece s s ar y  r eas o n  f o r  d at a ag g r e g at i o n  i s  t o  ac q u i r e an d  ag g r eg a t e t h e d at a i n  ef f ect i v e   m an n er  t o   u t i l i ze t h e r es o u r ces .  I t er at i n g   F i l t er i n g  p l a y s  t h m aj o r  r o l e i n  t h e   a ggr e ga t i o n   o f  d a t a  i n W S N . I F ,   s i m u l t a n eo u s l y  a g g r e g at e d at a f r o m  d i f f er en t  cl u s t er   m e m b er s  an d  e v al u a t i o n  o f  t h es e   d at a i s  b as ed  o n  t h e   w ei g h t  f ac t o r  as s i g n ed  t o  each  s en s o r  i n  t h n et w o r k .   T h e ar ch i t ect u r e d i a g r a m  f o r  t h e p r o p o s ed  s y s t e m   i s   s h o w n   i n   F ig ur e   3.   A f t e r  t h e  n ode  de pl oy m e n t   s en s o r  n o d es  r ead s  d at a ar o u n d  t h e n et w o r k .  D at w h i c h  co m es  t h r o u g h  t h e s e n s o r  n o d es  n eed  t o  b ag g r e g at ed  at  t h e cl u s t er  h ea d .  A s   w e i m p l e m en t ed  t h e I t er at i v e f i l t er i n g  at  t h e n e x t  l ev el  t o  f i n d  o u t  t h m al i ci o u s   n o d es  ac r o s s  t h e cl u s t er   m e m b er s .  O n ce  w e  el i m i n at e t h e i n v al i d  d at a t h r o u g h  I t er at i v e  f i l t er i n g   s ecu r e d at a h a s  t o  b e t r an s f er r ed  t o  B as e s t at i o n .   I f  a n y  er r o r   o c c u r s   w h ile   f ilte r i n g  o p e r a tio n ,  f ir s t e s t i m a te   t h e er r o r s  an d  cal cu l a t e t h v ar i an ce o f  d at w i t h  M L E   an d  t h e n  t r an s m i t  t h e ag g r e g at ed  d at a t o  B as e   s ta tio n [ 9, 10]     B i as  v al u e = F i   V ar i an ce = F F i   M L E  = F F -   S i                                    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p   Sc i ,   Vo l 11 , N o .   1 J ul y   201 8   :   2 84     293   288       F i g ur e   3 .  S y s te m   A r c h ite c t u r e .       5.   IM P LEM EN TA TIO N   W e h av e   m ak e  u s e o f  t h e N e t w o r k  s i m u l at o r - 2 pl a t f or m  f o r  i m pl e m e nt i ng   t h i s  P r oj e c t .   N ode s  g e t   de pl oy e d i n  t h e  e nv i r onm e n t   ba s e d on  t h e  a ppr o xi m a t i o n   g i ve n  b y t he  a ut ho r s .  C l u s t e r   f o r m a t i o t a ke s   vi t a l   r o l e i n  t h e W S N ;  cl u s t er  i s  t h e co m b i n at i o n  o f  t h e d i f f er en t  n o d es .  W h er e each  cl u s t er  i s  h av i n g  t h e c l u s t er   h ead  t h at   h as  t o  b e ch o s en  b a s ed  o n  t h e r es i d u al  e n er g y  o f   t h e n o d e.  B as i cal l y  cl u s t er   he a d  i s  a l w a ys   ha vi n t h e h i g h es t  e n er g y  a m o n g  al l   o t h er  cl u s t er   m e m b er s  b ecau s e i t  h as  t o  b e t ak e n  car e o f  ag g r eg at i o n  o f  t h e d at a.   Fi g ur e   4   s h o ws   t h e i m p l e m en t at i o n   f r a m e w o r k  o f  s ec u r e d at a ag g r eg at i o n .  I n i t i al l y   n o d es  ar e   s cat t er ed  an d  t h e n  i t s   d ep l o y e d  i n  t h e e n v i r o n m e n t .  T h es e s en s o r  n o d es  ar e f o r m ed  t o  cr eat e t h e cl u s t er ,  each   cl u s t er   w i l l   h av e t h e cl u s t er  h ead .  C r u ci al  p ar t  o f  t h e p r o j ect  i s  s t ar t ed   o v er  af t er  t h e cl u s t er  f o r m at i o n ,   cal cu l at i o n  o f  B i as  a n d   v ar i an ce  w i t h  M L E   w i l l  b e  h ap p en   b as e d  o n t he  e q ua t i o n  t ha t   w e  ha ve  d e r i ve d  i n  t he   p r ev i o u s  s ec t i o n .  D et ect i o n   o f   m al i ci o u s   n o d es  a n d  ag g r eg at i n g  t h e d at a at  t h e cl u s t er  h ead  h as  t o  b e   u n d er g o n e af t er  t h e v a l u e s  r ev el ed  b y  t h o s e eq u at i o n s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  Se c ur e  D at a A ggr e gat i o n T e c hni que  f or  W i r e l e s s  Se ns or  N e t w or k s  U s i ng I t e r at i v e  F i l t e r i ng  ( J y o th i R )   289       F ig u r e  4 .  I m p le m e n ta tio n   F ra m e w o rk       6.   R ES U LT S   AND D I S CU S S I O NS   T h e n o d es  ar e g r o u p ed  t o g et h er  t o  f o r m  t h e cl u s t er .  E ach   C l u s t er   g r o u p  i s  h a v i n g  t h C l u s t er  h ead .   40 i s  t h e  n ode  de n ot e d a s  a  ba s e  s t a t i on .   Fi g ur e   5  r ep r es en t s   t h e i n i t i al   n o d es  cr eat i o n  i n  t h e n et w o r k .       Fi g ur e   5 .   I n itia l N o d e  C r e a tio n  i n t he  ne t w o r k     F i g u r e 6  s h o w s  t h e d at a a g g r eg at i o n  p r o ces s  i n   w i r el e s s  s en s o r   n et w o r k s .  D at g at h er e d  f r o m   t h e   cl u s t er   m e m b er s  ar e ag g r e g at ed  at  t h e cl u s t er  h ead  an d  t h en  t r an s f er r ed  b et w een  t h e o t h e r  cl u s t er s  t o  t r an s f er   d ir e c tl y  to  t h e  b a s e   s ta tio n .  D a ta   w h ic h  is  tr a n s f e r r e d  to  th e  b a s e  s ta tio n  is  t h e  s e c u r e  d a ta ,   i te r a tiv e   f il te r in g  i s   ex ecu t ed  b ef o r e ag g r eg a t i n g  t h e d at a.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p   Sc i ,   Vo l 11 , N o .   1 J ul y   201 8   :   2 84     293   290       Fi g ur e   6 .   D at A ggr e ga t i o n       Fi g ur e   7 s h o w s  t h e   m a l i c i ous  n ode  de t e c t i on  i n  t h e  n e t w or k .  N ode  2,  0,   5 a r e  m a l i c i ou s  n ode s   de t e c t e t h r oug ou r   i t e r a t i v e   f i l t e r i ng   ope r a t i on .   O n c e   w e   f i n out   t h e   m i s be h a vi or   n o de   da t a   f r o m  t h o s e   n o d es   w i l l   n o t  b e co n s i d er ed  f o r  ag g r eg at i o n .  C l u s t er   h ead  ag g r e ga t e s  t he  d a t a   w h i c h t a ke n o nl y b y  t he  s e c ur e   no .           Fi g ur e   7 .   M a lic io u s   N o d e D et ect i o n       Fi g ur e   8  s h o w s  t h e s ec u r e t r an s m i s s i o n  o f  t h e a g g r eg at ed  d at a t o  t h e b as e s t at i o n  4 0 .  A f t er  f i l t er i n g   o u t  t h e i n v al i d  d at a at  t h e cl u s t er  h ead  ag g r eg a t ed  d at a h as   t o  b e t r an s f er r ed  b et w ee n  t h e cl u s t er   h ead s  t o  s en d   t h e d at a d i r ect l y  t o  t h e b as e s t at i o n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  Se c ur e  D at a A ggr e gat i o n T e c hni que  f or  W i r e l e s s  Se ns or  N e t w or k s  U s i ng I t e r at i v e  F i l t e r i ng  ( J y o th i R )   291       Fi g ur e   8 .   S ecu r T r a n s m i ss i o n   to   B a s e  S ta tio n       Fi g ur e   9  r e p r e s e nt s  t he  c o m p a r i s o n o f   d e l a y   w i t t he  e xi s t i n g s ys t e m .  T hi s   gr a p h i s   o b t a i ne d  b y   ex ecu t i n g  o u r  s y s t e m .   C o m p a r e t o  t h e ex i s t i n g   s y s t e m  d el a y  g et s  r ed u ced .  D at a i s  co m p l et el y   s ecu r ed  an d   t r an s m i t t ed  ev e n  i f  d el a y   g et s   r ed u ced .           Fi g ur e   9 .   D e l a y C o m pa r i s on       F i g ur e  1 0  s ho w s  t he  r o b us t  a ggr e ga t e  a f f i ne  a nd  F i gur e  1 1  s ho w s  t he  R M S  e r r o r .   T he s e  gr a p hs  a r e   o b ta in e d  b y  e x e c u tin g   th i s  e x p e r im e n t.  T h i s  r e s u lt  s h o w s  t h a t p r o p o s e d  ite r a tiv e   f ilte r i n g   te c h n iq u e  i m p r o v e s   t he  e f f i c i e nc y o f  t he  a l go r i t h m  b y  r e d u c i n g t h e  e r r or  da t a  t r a n s m i s s i on t o t h e  ba s e   s t a t i o n  a n d t h r o u gh   num be r   o f  ite r a tio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p   Sc i ,   Vo l 11 , N o .   1 J ul y   201 8   :   2 84     293   292       Fi g ur e   10 .   Ro b u st - A g gr e ga t e - A f fi n e           Fi g ur e   11 .   RM S - E rro r       7.   CO NCL U S I O N   C o mp r o mi s e d   n o d e  g iv e s  th e   in v a lid  a g g r e g a te d  d a ta  to  th e  a g g r e g a to r  n o d e  s o  th a t e n tir e  d a ta   w ill   b e  f a ls e .  T h is   w il l b e  a v o id e d  b y  i m p le m e n ti n g  t h e  I te r a ti v e  f ilte r i n g  a lg o r it h m  a t th e   h e a d  le v e l f o r  s e c u r it y   p ur p o s e .  T r us t  a nd  d a t a  a ggr e ga t i o n  i s   t he   m a i t hi n g t o   b e  ha p p e ni n gi n t he   w i r e l e s s  s e ns o r  ne t w o r ks . O ur   s y s t e m  i s  d es i g n ed  t o  s o l v e t h es e p r o b l em s .  I n  t h f u t u r e en ch an t m e n t   w w i l l  d es i g n  t h e n et w o r k  f o r  r ed u ce   no  o f  o ve r he a d s  i n t he  ne t w o r k.       R EF ER EN C ES   [ 1]   M o h s en  R ezv an i ,  A l e k s an d ar   I g n ja to v ic ,  Elis a  B e r tin o ,  a nd S a nj a y  J ha ,   “S ecu r e D at A gg r e ga t i on T e c hni que  f or   W i r el es s  S en s o r  N et w o r k s  i n  t h e  P r es en ce o f  C o l l u s i o n  A t t ack s ”,   I E E E  T r ans ac t i ons  o n D e pe nd a - bl e   and Se c ur e   C om put i n g ( T D SC ) ,   20 14 .   [ 2]   Y.  S u n ,  H.  L u o ,  a n d  S .  K.  Da s,   A t r u s t - ba s e d f r a m e w or k   f or  f a ul t - t o le r a n d a ta  a g g r e g a tio n  in  w ir e le s s   m u ltim e d ia   s e ns or  ne t w or k s ,   I E E E  T r a ns ac t i on  on  D e pe nd ab l e   &  Se c ur e  C om put i ng ,  N o v.  20 12 .     [ 3]   D .  W a g n e r ,   R e s ilie n t a g g r e g a tio n  in  s e n s o r  n e tw o r k s ,  in   P r oc .  2nd A C M  W or k s hop Se c ur i t y  A d H oc  Se ns .  N e t w . 200 4,  pp . 7 8 87.   [ 4]   Y .  Ya n g , X . W a n g , S . Z h u , a n d  G . C a o ,   S D A P :  a  s e c ur e  hopby - hop da t a  a g g r e g a t i on pr ot o c ol  f or  s e ns or   ne t w or k s ,  i M obi H oc ,   2 00 6,  pp.  3 56 36 7.   [ 5]   C h a n  H .,  P e r r i g  A ., a n d  S o n g D “S ecu r e h i er ar ch i cal  i n - n e t w o r k a ggr e ga t i o n  i n   s e ns or  ne t w or k s ,  i P r oc .  13t h   A CM   C onf .  C om p ut .  C om m u n.   Se c ur i t y ,   20 06 ,   pp.  2 78 2 87.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       A  Se c ur e  D at a A ggr e gat i o n T e c hni que  f or  W i r e l e s s  Se ns or  N e t w or k s  U s i ng I t e r at i v e  F i l t e r i ng  ( J y o th i R )   293   [ 6]   Ch o u  C . T ., I g n a t o v i c  A ., a n d   H u  W ,   “E f f i ci en t  co m p u t at i o n   o f  r o b u s t  av er ag e o f  co m p r es s i v e  s en s i n g  d at a i n   w i r el e s s  s en s o r  n et w o r k s  i n  t h e p r es en ce o f  s en s o r  f au l t s ”,   I E E E  T ra n s.  P a ra l l e l  Di st ri b .  S y st . 20 13,   v ol .  24,  n o.  8,   pp.  15 25 15 34 .   [ 7]   H. - L . S h i , K . M H ou,  H .  y i ng   Z ho u,  a nd  X .  L i u,   En e r g y  e f f ic ie n t a n d  f a u lt to le r a n m u ltic o r e  w ir e le s s   s e ns or   ne t w or k :  E 2 MW SN , ” i n   W i r e l e s s  C om m uni c at i ons ,  N e t w or k i n g  and M ob i l e  C om pu t i n g ( W i C O M ) ,  2011 7 t h   I nt e r nat i o nal  C on f e r e nc e  on ,  2 011 ,   pp .  1 - 4.   [ 8]   B .  A w e r buc h,  R .  C ur t m ol a ,  D .   H ol m e r ,   C .  N ita - r ot a r u,  a n d H .   R ube ns ,   M itig a tin g  b y z a n tin e  a tta c k s  in  a d  h o c   w i r e l e s s  ne t w or ks ,  D e pa r t m e nt  of  C o m put e r  S c i e nc e ,  J o hns  H o pk i ns  U ni v e r s i t y ,  T e c h,  T e c h.  R e p. ,   200 4.   [ 9]   X. - Y . X i a o W . - C.   P e n g,  C . - C .   H ung ,  a nd  W . - C .  L ee,   U s i ng   S e ns or R a nk s  f or  i n - ne t w or k  de t e c t i on of  f a ul t y   r e a di ng s  i n w i r e l e s s  s e ns or  ne t w or k s ,  i P r oc e e di ngs  of  t he  6 t h A C M  i nt e r nat i o na l  w or k s ho p on D at a e n gi ne e r i n g   f o r w i re l e ss a n d  mo b i l e  a c c e ss,  se r.  M o b i DE   ’0 7 ,   20 07 .   [ 1 0]   S . R o y , M . C o n t i , S . S e t i a ,  an d  S .  J aj o d i a,   “S ecu r e d at a ag g r e g at i o n  i n  w i r el es s   s e ns or ne t w or k s ,   I nf or m at i o n   F or e ns i c s  an Se c ur i t y ,  I E E E  T r a ns ac t i o ns  o n ,   v o l .  7,  no.   3,   p p.  10 40 1 05 2.   [ 1 1]   A z e e m  M oha m m e d A bdul ,   S y e d  U m ar ,   “A t t ac k s  o f  D en i al - of - S er v i ce o n   N e t w o r ks  L a ye r  o f  O S I  M od e l  an d   M ai n t ai n i n g  o f  S ecu r i t y ”,   I ndon e s i an J our nal   of  E l e c t r i c al   E n gi ne e r i ng a nd C om p ut e r  Sc i e nc e ,   V o l . 5 , N o 1 ,   J a nua r y  2017,   pp .  1 81   - 18 6 .   [ 1 2]   R a hul  D e s a i ,  B  P   P a t i l 2 D ua l ,  “ R e i nf or c e m e nt  Q  R out i ng  f or   A H oc  N e t w or k s ,   I ndone s i an   J o u r n a l o f E le c tr ic a E ngi ne e r i ng  an d C om p ut e r  Sc i e n c e ,   V o l . 7 , N o .  3 ,  S e pt e m be r  20 17 ,  pp .  7 86     79 4.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.