A key distribution scheme tailored for mobile sensor networks

Abstract

Kablosuz Duyarga Ağları, (KDA), duyarga düğümleri adı verilen, küçük, pille çalışan sınırlı kaynaklara sahip aygıtlardan oluşur. KDAlar veri algılamada ve toplamada kullanılır ve verileri KDAnın bulunduğu alanda yer alan Baz İstasyonuna, (Bİ), iletirler. KDAları güvenli hale getirebilmek için, öncelikle anahtar dağıtım problemleri çözülmelidir. Statik KDAlar için anahtar dağıtım problemi ile ilgili pek çok çalışma yapılmış durumdadır; ancak mobil KDAlar, (MKDA), için bu konu detaylı olarak çalışılmış değildir.Bu tezde, MKDAlar için anahtar dağıtım mekanizmaları önerdik. Hem duyarga düğümlerinin hem de Bİnin hareketli olduğu bir model önerdik. Önerilen anahtar dağıtım şemasında Bİ, aynı zamanda bir anahtar dağıtım merkezi olarak görev yapmaktadır. Bİ sürekli ağın bulunduğu alanda hareket etmekte ve komşu duyarga düğümlerine ortak ikili anahtarlar dağıtmaktadır. Böylece ağ güvenli bir şekilde bağlı hale getirilmektedir. Önerdiğimiz şemanın performans analizini simülasyon yolu ile gerçekleştirdik. Bu simülasyonlara göre, önerilen şemanın yerel bağlantı oranı yarı-mobil ağ senaryosunda 0.54, tümüyle mobil ağ senaryosunda ise 0.73 oranlarına ulaşmaktadır. Bu oranlar Bİnin hızını artırarak ya da ağın bulunduğu alanda çok sayıda Bİ kullanarak daha da artırılabilmektedir. Ayrıca, önerilen şema düğüm ele geçirme saldırılarına karşı tam dayanıklılık göstermektedir, öyle ki; bir saldırgan ele geçirdiği düğümleri kullanarak henüz ele geçmemiş düğümler arasındaki iletişim bağlarından hiç birine zarar verememektedir.Ek olarak, iki bilindik statik anahtar dağıtım mekanizmasını da sistemimize entegre ettik. Böylece ağın erken evrelerinde de yüksek bağlantı oranlarına ulaştık. Ancak bağlantı oranlarındaki bu artış, ağın tam dayanıklılık özelliğinden ödün vererek gerçekleşmektedir.

Wireless Sensor Networks, (WSN), are composed of battery-powered and resource-limited small devices called sensor nodes. WSNs are used for sensing and collecting data in the deployment area to be relayed to a Base Station (BS). In order to secure WSNs, first of all key distribution problems must be addressed. Key distribution problem is extensively studied for static WSNs, but has not been studied widely for mobile WSNs (MWSN).In this thesis, we proposed key distribution mechanisms for MWSNs. We propose a scheme in which both sensor nodes and the BS are mobile. In our scheme, the BS works as a key distribution center as well. It continuously moves in the environment and distributes pairwise keys to neighboring sensor nodes. In this way, the network gets securely connected. We conduct simulations to analyze the performance of our proposed scheme. The results show that our scheme achieves a local connectivity value of 0.73 for half-mobile network scenario and 0.54 for fully-mobile network scenario. These values can be further improved by using multiple BSs or increasing the speed of the BS. Moreover, our scheme provides perfect resiliency; an adversary cannot compromise any additional links using the captured nodes.We also incorporate two well-known key distribution mechanisms used for static networks into our scheme and provide a better connectivity in the early stages of the sensor network. The improvement in local connectivity, however, comes at the expense of reduced resiliency at the beginning. Nevertheless, the resiliency improves and connectivity converges to our original scheme?s values in time.