Contributions for the Security in Mobile Ad hoc Networks (MANETs)
Contributions à la sécurité dans les réseaux mobiles ad Hoc
Résumé
The thesis focuses on security in Mobile Ad hoc Networks (MANETs) [RFC 2501]. The lack of any central management of the network functions make MANETs more vulnerable to attacks than wireless (WLANs) and wired networks (LANs). Unfortunately, security protocols that currently exist are not designed to adapt MANETs characteristics. They do not take into account the resource limits, while the environment is dynamic and the resources are limited (memory storage, computation power and energy), and this complicates the problem, because, as we know, security solutions require a high amount of resources. However, we have to face the challenge, because the application fields of MANETs, such as military and emergency operations, are so numerous that it is necessary to design a robust security mechanism for Mobile Ad hoc Networks. The main goal of my thesis consists in examining the solutions that are likely to insure security in MANETs, and in proposing a hierachical distributed architecture that enables to implement a dynamic public key infrastructure. This solution must be adapted to MANETs characteristics (no control central unit, dynamic network topology, etc.). With this aim in view, a trust model adapted to the dynamic environment to insure the nodes trust level updating must be designed. Moreover, the certification authority vulnerabilities must be taken into account in the new DDMZ concept (dynamic dmilitarized zone), that we propose. In order to increase the security level of the important nodes in the network, their identity must be hidden. That is why we introduced the anonymity concept. We also proposed an anonymous authentication protocol. Moreover, we drew our inspiration from the military model in order to implement a camouflage mechanism that hides the important nodes' roles. In order to maintain the trust model, a monitoring mechanism is necessary. It must be adapted to dynamic wireless environment constraints and must reduce the rate of false positives (false alarms). It is based on a cross-layer approach and a probabilistic model to improve the monitor node's observation. In order to face smart attacks, such as cross-layer attacks, we must study the vulnerabilities located at the lower layers, such as the MAC layer. Then, prevention and detection mechanisms are analysed and assessed. In order to assess the performance of these mechanisms, we take into account the main metrics of Mobile Ad hoc Networks, such as energy consumption, mobility, nodes' density, traffic rate, etc.
La thèse se focalise sur la sécurité dans les réseaux mobiles ad hoc (MANET : Mobile Ad hoc NETwork) [RFC 2501]. L'absence d'une gestion centrale des fonctionnalités du réseau rend ces réseaux beaucoup plus vulnérables aux attaques que les réseaux sans fil (WLAN) et filaires (LAN). Malheureusement, les protocoles de sécurité qui existent actuellement ne sont pas conçus pour un tel environnement (dynamique). Ils ne prennent pas la contrainte des ressources en considération car non seulement l'environnement est dynamique, mais les ressources sont aussi limitées (mémoire, capacité de calcul et surtout énergie), ce qui complique davantage la problématique, car on sait bien que les solutions de sécurité sont gourmandes en terme de ressources. Cependant, en raison de l'importance des domaines d'application des réseaux mobiles ad hoc comme les opérations militaires (communication entre les avions, les voitures et le personnel et opérations de secours, situations d'urgence en cas de sinistre, etc . . .), il faut relever le défi, car concevoir un mécanisme de sécurité infaillible pour les réseaux mobiles ad hoc est nécessaire. L'objectif principal de la thèse consiste à étudier les solutions susceptibles d'assurer la sécurité dans les réseaux mobiles ad hoc, en proposant une architecture hiérarchique distribuée qui permet d'établir une infrastructure dynamique à clé publique. Cette architecture doit supporter les différentes caractéristiques de ces réseaux (absence d'une unité centrale de gestion de réseau, topologie réseau dynamique, etc . . .). Dans ce but, un modèle de confiance adapté à l'environnement dynamique pour assurer l'évolution des niveaux de confiance des nœuds est établi. De plus, les vulnérabilités au niveau des autorités de certification sont prises en compte dans le nouveau concept de DDMZ (zone dynamique démilitarisée) que nous proposons. Dans le but de sécuriser les nœuds dont le rôle est crucial au sein du réseau, leur identité doit être cachée. C'est pourquoi le concept d'anonymat est introduit. Un protocole d'authentification anonyme est proposé. De plus, nous nous inspirons du modèle militaire pour mettre en place un mécanisme de camouflage qui cache le rôle des nœuds sensibles. Pour entretenir le modèle de confiance, un mécanisme de surveillance est indispensable. Il est adapté aux contraintes de l'environnement sans fil dynamique et réduit le taux de fausses alarmes (faux positifs). Il est fondé sur une approche inter-couches et un modèle probabiliste pour améliorer l'observation du nœud surveillant. Pour faire face aux attaques intelligentes de type inter-couches, une étude des vulnérabilités au niveau des couches inférieures comme la couche MAC est menée. Ensuite, des mécanismes de prévention et de détection sont analysés et évalués. La performance de ces mécanismes est évaluée avec la prise en compte des métriques primordiales pour les réseaux mobiles ad hoc, telles que la consommation d'énergie, la mobilité, la densité des nœuds et du trafic, etc . . .
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