[論文レビュー] A Distributed Protocol for Detection of Packet Dropping Attack in Mobile Ad Hoc Networks

Jaydip Sen, M Girish Chandra+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2011

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、一時的な分割やByzantine障害に対して耐性を持つように、冗長なルーティング情報を利用することで、モバイルアドホックネットワーク（MANET）におけるパケットドロップ攻撃を検出する完全に分散型で協調的なプロトコルを提案する。中央集権的または選出されたノードに依存することなく、エンドツーエンドのパケット監視と隣接ノード間での相互検証を用いて、悪意あるノードを検出し隔離する。シミュレーション結果により、動的条件下でも高い検出精度と耐性が確認された。

ABSTRACT

In multi-hop mobile ad hoc networks (MANETs),mobile nodes cooperate with each other without using any infrastructure such as access points or base stations. Security remains a major challenge for these networks due to their features of open medium, dynamically changing topologies, reliance on cooperative algorithms, absence of centralized monitoring points, and lack of clear lines of defense. Among the various attacks to which MANETs are vulnerable, malicious packet dropping attack is very common where a malicious node can partially degrade or completely disrupt communication in the network by consistently dropping packets. In this paper, a mechanism for detection of packet dropping attack is presented based on cooperative participation of the nodes in a MANET. The redundancy of routing information in an ad hoc network is utilized to make the scheme robust so that it works effectively even in presence of transient network partitioning and Byzantine failure of nodes. The proposed scheme is fully cooperative and thus more secure as the vulnerabilities of any election algorithm used for choosing a subset of nodes for cooperation are absent. Simulation results show the effectiveness of the protocol.

研究の動機と目的

• インfra構造のないモバイルアドホックネットワーク（MANET）におけるパケットドロップ攻撃という重要なセキュリティ課題に対処すること。
• 一時的なネットワーク分割やByzantineノード障害に対して耐性を持つ検出メカニズムを設計すること。
• 選出された協調メカニズムに起因する脆弱性を排除するため、すべてのノードが完全に協調的かつ分散型に検出を行うこと。
• ルーティング情報の冗長性とエンドツーエンドのパケット検証を通じて、高い検出精度と耐性を確保すること。

提案手法

• 各ノードは、自身が転送するパケットを監視し、エンドツーエンドの確認応答メカニズムを用いてその配信を検証する。
• ノードは定期的にルーティング情報を交換し、その冗長性を活用してパケット配信状態を相互に検証する。
• ノードが協力的に不一致を特定することで、パケットドロップを示す不整合を検出する分散型検出アルゴリズムを適用する。
• 中央集権的監視や監視者選出を回避することで、単一障害点や攻撃の対象とならないことを保証する。
• ノードは暗号技術を用いて、パケット配信レポートを自身のアイデンティティに束縛し、なりすましを防止する。
• 一部のノードが改ざんされたり悪意ある行動を取ったりしても（Byzantine障害）、本プロトコルは効果的に機能するように設計されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中央集権的監視や選出された監視者に依存せずに、MANETにおけるパケットドロップ攻撃をどのように検出できるか？
• RQ2 一時的なネットワーク分割が生じる状況でも、検出の耐性を確保するためのメカニズムは何か？
• RQ3 ルーティング情報の冗長性をどのように活用して、悪意あるノードの検出と隔離を実現できるか？
• RQ4 完全に分散型で協調的なプロトコルにおいて、どの程度の検出精度と耐性が達成可能か？
• RQ5 Byzantineノードの行動下でも、プロトコルはどのようにしてセキュリティと整合性を維持できるか？

主な発見

• 提案されたプロトコルは、動的変化するMANET環境において、パケットドロップ攻撃を高い精度で検出できる。
• 冗長なルーティングデータの活用により、一時的なネットワーク分割が発生しても、本スキームは効果を保つ。
• 選出されたノードや中央集権的ノードが存在しないため、協調プロトコルに起因する脆弱性が排除される。
• シミュレーション結果により、本プロトコルはByzantine障害に対しても耐性を示し、さまざまなネットワーク条件下でも一貫した性能を発揮することが確認された。
• 協調的で分散型の性質が、セキュリティを強化し、誤検出や検出されない攻撃のリスクを低減する。