A distributed scheme to detect wormhole attacks in mobile wireless sensor networks

Abstract

Kablosuz duyarga ağları küçük, pille çalışan, sınırlı kaynaklara sahip aygıtlardan oluşur. Duyarga düğümleri çevreden veri toplar ve bu verileri radyo iletişim ortamı üzerinden baz istasyonuna iletirler. Kablosuz duyarga ağı uygulamalarının çoğunluğu statik duyarga düğümlerini kullansa da duyarga düğümleri kendiliğinden, ya da rüzgar, hava gibi çevresel etkenlerden, ya da duyarga düğümlerinin hareketli nesneler üzerine konuşlandırılmasından dolayı mobil olabilir. Genelde gözetimsiz olduğundan dolayı, duyarga düğümleri bu tezin odağını oluşturan solucan deliği saldırısı gibi fiziksel saldırılara açık hale gelirler. Solucan deliği saldırısında, saldırgan ağın bir bölgesinde alınan mesajları düşük gecikmeli solucan deliği bağlantısı üzerinden gönderir ve bu mesajları ağın başka bir bölgesinden tekrar yayınlar. Düşük gecikmeli tünel, ağ trafiğini solucan deliği bağlantısı üzerine çekerek saldırganın çeşitli saldırılar yapabilmesine zemin hazırlar.Bu tezde, mobil duyarga ağlarında solucan deliği saldırısını tespit etmek için dağıtık bir şema önerdik. Bu şemada lokal komşuluk bilgilerinini kullanarak iki farklı ağ özelliğinin (ağ düğüm yoğunluğu, ağ düğüm yoğunluğunun standart sapması) hesaplanmasında duyarga düğümlerinin mobilitesinden yararlanıldı. Solucan deliği saldırısı, hesaplanan ağ özellikleri ve komşuluk bilgileri baz alınarak, komşu düğümlerin davranışlarındaki anormalliklerin gözlemlenmesi yoluyla tespit edilir. Önerilen şemanın performansını simülasyonlarla analiz ettik. Sonuçlar, sistem parametreleri uygun bir şekilde seçildiğinde şemamızın %100'e varan bir doğru tespit oranına eriştiğini gösterdi. Bununla birlikte, hatalı tespit oranı %1.5 gibi çok düşük bir düzeyde kaldı.

Wireless sensor networks are composed of sensor nodes which are small, battery-powered devices having limited resources. Sensor nodes collect data from environment, and transmit them via their radio communication medium towards a base station. Although majority of wireless sensor applications use static sensor nodes, sensor node can be mobile either by itself, or due to environmental factors such as wind, water, or deployment of sensor nodes on moving objects. Due to mostly being unattended, sensor nodes become open to physical attacks such as wormhole attack, which is our focus in this thesis. In wormhole attack, an attacker tunnels messages received in one part of the network over a low-latency wormhole link and replays them in a different part of the network. The low-latency tunnel attracts network traffic on the wormhole link which can empower the attacker to perform various attacks.In this thesis, we propose a distributed wormhole detection scheme for mobile wireless sensor networks in which mobility of sensor nodes is utilized to estimate two network features (i.e. network node density, standard deviation in network node density) through using neighboring information in a local manner. Wormhole attack is detected via observing anomalies in the neighbor nodes? behaviors based on the estimated network features and the neighboring information. We analyze the performance of proposed scheme via simulations using different system parameters. The results show that our scheme achieves a detection rate up to 100% with very small false positive rate (at most 1.5%) if the system parameters are chosen accordingly.