Uneven key predistribution scheme for multiphase wireless sensor networks

Abstract

Çok fazlı Telsiz Duyarga Ağlarında, duyarga düğümleri bataryaları tükenmiş düğümlerin yerine geçmek üzere periyodik olarak tekrar konuşlandırılır. Ağı, nesil adı verilen farklı konuşlandırma zaman aralıklarında düğüm ele geçirme saldırılarına karşı daha güçlü hale getirmek için kriptografik anahtarların dağıtımının yapıldığı anahtar havuzunu tazelemek gerekmektedir. Bu tezde, her nesil için farklı anahtar havuzları kullanan Eşitsiz Ön Yüklemeli Anahtar Dağıtım şeması anlatılmaktadır. Bu anahtar havuzlarından alınan farklı sayıda anahtarlar duyarga düğümlere konuşlandırılmanın öncesinde yüklenir. Düğümlerde yüklü olan anahtarlar, düğümün sadece kendi nesline değil, aynı zamanda gelecek nesillere ait anahtarlardan da oluşmaktadır. Simulasyonlarımızda, performans değerlendirmesini mobil ortamlar için üç tane mobilite modeli kullandık. Bunlardan bir tanesi olan Çembersel Hareket Mobilite modeli ilk olarak bu tezde sunulmaktadır. Eşitsiz Ön Yüklemeli Anahtar Dağıtım şeması literatürde bulunan bir şemaya göre daha ağın dayanıklılığını ağır saldırı altında %50'ye kadar arttıran bir öz iyileşme sağlamaktadır. Bunların yanı sıra, şemamızda yerel ve genel bağlantı oranı yaklaşık 100% olmaktadır.

In multiphase Wireless Sensor Networks (WSNs), sensor nodes are redeployed periodically to replace nodes with depleted batteries. In order to keep the network resilient against node capture attacks across different deployment epochs, called generations, it is necessary to refresh the key pools from which cryptographic keys are distributed. In this thesis, we propose Uneven Key Predistribution (UKP) scheme that uses multiple different key pools at each generation. Keys are drawn unevenly from these key pools and loaded to sensor nodes prior to deployment. Nodes are loaded with keys not only from their current generation, but also from future generations. We conduct simulation based performance evaluation in mobile environments using three different mobility models. One of them, Circular Move Mobility model, is first proposed in this thesis. Our UKP scheme provides self healing that improves the resiliency of the network up to 50% under heavy attack as compared to an existing scheme in the literature. Moreover, our scheme provides almost perfect local and global connectivity.