Authentication and Consensus Overhead in Vehicular Ad Hoc Networks
Surcoût de l'authentification et du consensus dans la sécurité des réseaux sans fil véhiculaires
Résumé
Vehicular Ad Hoc Networks (VANET) provide vehicle-to-vehicle communications to increase the road safety. The safety-related applications have gained a lot of attention. A promising example is the Local Danger Warning application that increase the line-of-sight of the driver by providing warnings about potential dangerous situations ahead. Because of their real-time constraints and life-threatening consequences of misbehavior, communications have to be secured. But, security mechanisms come with processing and network overheads. The main goal of this PhD thesis is to propose a general (and analytical) framework on the impact of the security overhead on the transfer delay of a warning. Among the conventional security mechanisms, the authentication mechanism appears as the cornerstone of VANET security. Moreover, the authentication is used for every message sent or received. So it may be the most consuming mechanism. This is the reason why we first focus on the authentication overhead and propose a global formula to assess it. But the authentication won't be the only security mechanism to be deployed in VANET. The consensus is often used to provide trust between vehicles. Indeed, with a decision method and from a set of messages, the consensus aims at a common agreement on a value or an action between vehicles. We analyze how to define the consensus parameters in order to respect the real-time constraints. The second contribution of this thesis is a dynamic decision method that uses the network environment and the content of the warning to decrease the number of messages to verify and so provide an adapted reaction.
Les réseaux ad hoc sans fil véhiculaires (VANET) permettent les communications entre véhicules afin d'augmenter la sécurité routière et d'agrémenter l'expérience de conduite. Une catégorie d'applications ayant suscité un fort intérêt est celle liée à la sécurité du trafic routier. Un exemple prometteur est l'alerte de danger local qui permet d'accroitre la " ligne de vue " du conducteur en lui proposant un ensemble d'alertes afin d'anticiper des situations potentiellement dangereuses. En raison de leurs contraintes temporelles fortes et les conséquences critiques d'une mauvaise utilisation, il est primordial d'assurer des communications sécurisées. Mais l'ajout de services de sécurité entraîne un surcoût de calcul et réseau. C'est pourquoi l'objectif de notre travail est d'établir un cadre général (de manière analytique) du surcoût de la sécurité sur le délai de transfert d'une alerte. Parmi les mécanismes de sécurité conventionnels, le service d'authentification apparaît comme la pierre angulaire de la sécurité des VANETs. De plus, l'authentification est utilisée pour chaque message émis ou reçu. Il est donc potentiellement le service le plus consommateur. C'est pourquoi, nous nous focalisons sur ce service. Nous nous posons ainsi les questions suivantes : quel est le coût de l'authentification ? Quel est son impact sur l'application d'alerte de danger local ? La première contribution de cette thèse est l'élaboration d'une formule permettant le calcul du surcoût de la signature numérique. Mais l'authentification ne sera pas le seul mécanisme de sécurité déployé. Le consensus est notamment un des mécanismes fréquemment employés afin d'instaurer une confiance entre les véhicules. En effet, grâce à une méthode de décision et à partir d'un ensemble de messages, le consensus vise à obtenir un commun accord sur une valeur ou une action entre les véhicules. Ainsi, nous devons comprendre comment définir les paramètres de consensus afin de réduire l'impact de ce mécanisme sur le délai et la distance de freinage ? Comment s'intègre le consensus dans la formule globale de surcoût de l'authentification ? C'est notamment à ces questions que cette thèse répond. Notre deuxième contribution est une méthode de décision dynamique qui analyse l'environnement réseau courant (nombre de voisins à portée de communication), et explore le contenu des alertes. Il en résulte une réduction du nombre de paquets à examiner et donc une réaction plus rapide et plus adaptée à l'alerte.