Mobile ad-hoc networks (MANET): trust management - security mechanisms

Abstract

The versatility and efficiency of mobile ad-hoc networks comes at a certain cost. The network nodes are exposed to a variety of attacks and at the same time they are under memory, processing and energy limitations. Once deployed, the network should operate for as long as possible, mitigating security threats and ensuring the integrity of the data exchanged. This thesis describes our research on the field, proposing a mechanism to identify malicious nodes and promptly alerting the network. Moreover, the same procedure is used to restore the trust of a malicious node, in case it resumes healthy operation or the node is the target of badmouthing or over reaction of the security mechanisms. The mechanism can be fine-tuned to balance the sensitivity of the detection and the timely detection of a status change, as required.In general, a malicious node is trying to compromise the security and the operation of the network as well as the integrity of the information that is transmitted. This thesis proposes a complete protocol which allows for the quick and secure information diffusion as well as the maximization of the network operation life, through the behavioral analysis of the nodes and the timely alert of the network about the presence of malicious nodes.

Ένα Κινητό Αδόμητο Δίκτυο αποτελείται από κόμβους που κινούνται, είτε ακολουθώντας κάποιο συγκεκριμένο μοτίβο κίνησης, είτε τυχαία, χωρίς να υπάρχει κάποια επιπλέον υποδομή που να υποστηρίζει την λειτουργία του. Εξ ορισμού, στο δίκτυο αυτό δεν υπάρχουν προκαθορισμένοι ρόλοι για τους κόμβους που συμμετέχουν, αλλά τα διάφορα καθήκοντα που αναλαμβάνουν είναι αποτέλεσμα της θέσης τους στο χώρο, των ενεργειακών και υπολογιστικών αποθεμάτων τους και της διαθεσιμότητάς τους. Κατά τη διάρκεια της συνήθους λειτουργίας ενός τέτοιου δικτύου όλοι οι κόμβοι συνεργάζονται εκτελώντας μια πλειάδα καθηκόντων, έτσι ώστε η πληροφορία να μεταφέρεται από τον κόμβο που παράγεται μέχρι τον κόμβο που θα την καταναλώσει/αξιοποιήσει. Οι κόμβοι αυτοί είναι, συνήθως, περιορισμένων δυνατοτήτων (υπολογιστικών, μνήμης, ενέργειας), κάτι που πρέπει να ληφθεί υπ' όψιν κατά τον σχεδιασμό και την υλοποίηση του δικτύου. Επιπλέον, είναι δυνατόν να παρεισφρήσουν στο δίκτυο κακόβουλοι κόμβοι με στόχο την υπονόμευσή του.Ένας κακόβουλος κόμβος επιδιώκει με τη δράση του να προκαλέσει πρόωρη εξάντληση των πόρων του δικτύου, υπονομεύοντας έτσι την λειτουργικότητά του, να θέσει σε κίνδυνο την ασφάλειά του και την ακεραιότητα των πληροφοριών που διακινούνται ή/και να υποκλέψει ευαίσθητα δεδομένα των χρηστών του δικτύου. Επιπλέον, στόχος του κακόβουλου κόμβου μπορεί να είναι και η φυσική ακεραιότητα των κόμβων, δεδομένου ότι συχνά, το ενεργειακό απόθεμα του στόχου μιας επίθεσης είναι ασύμφορο οικονομικά, δύσκολο ή ακόμα και αδύνατο να αναπληρωθεί. Αυτή η Διδακτορική Διατριβή προτείνει ένα πλήρες πρωτόκολλο που αφορά στις δοσοληψίες κινητών κόμβων που λειτουργούν σε ένα δυναμικό περιβάλλον και το οποίο διασφαλίζει τόσο την ασφάλεια των δοσοληψιών, όσο και τη βέλτιστη εκμετάλλευση των πόρων του δικτύου. Συνοπτικά, προτείνεται η κατάτμηση του αδόμητου κινητού δικτύου σε συστάδες, η ανάδειξη ενός κόμβου που θα ενεργεί ως επικεφαλής της συστάδας, περιγράφονται αναλυτικά τα βήματα που πρέπει να ακολουθούν οι κόμβοι ώστε να εξασφαλίζονται οι αξιόπιστες συναλλαγές μεταξύ τους. Κεντρική θέση στο πρωτόκολλο έχει ένα σχήμα έγκαιρου εντοπισμού κάποιου κακόβουλου κόμβου και της αποκατάστασης της εμπιστοσύνης ενός κόμβου ο οποίος, για διάφορους λόγους, έχει λανθασμένα χαρακτηριστεί κακόβουλος ή μετέβαλε την συμπεριφορά του. Η μεταβολή αυτή μπορεί να οφείλεται σε διάφορους λόγους χωρίς να αποκλείεται η εκούσια/αυτόματη μεταβολή συμπεριφοράς λόγω μεγαλύτερου κέρδους που ο κακόβουλος κόμβος αποσκοπεί να αποκομίσει αν συμπεριφερθεί υγιώς. Στην περίπτωση αυτή η συμπεριφορά του κόμβου διέπεται από την θεωρία παιγνίων και έτσι αντιμετωπίζεται.