[論文レビュー] Secure Location-Aided Routing Protocols With Wi-Fi Direct For Vehicular Ad Hoc Networks

Ma’en Saleh, Liang Dong+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2020

Advanced Authentication Protocols Security被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、Wi-Fi Directを用いた車両adhocネットワーク（VANET）における安全なロケーション支援ルーティング（LAR）プロトコルを提案する。このプロトコルは、アウトオブバンドチャネルを介して短い認証文字列（SAS）を用いた改変されたDiffie-Hellman鍵交換を統合し、中間者攻撃に対して耐性を持つ。安全な距離ベースLARプロトコルは、安全なリクエストゾーンLARプロトコルよりも、安全なデータ配信性能が優れており、平均総パケット遅延を低減する。

ABSTRACT

Secure routing protocols are proposed for the vehicular ad hoc networks. The protocolsintegrate the security authentication process with the Location-Aided Routing (LAR) protocol to supportWi-Fi Direct communications between the vehicles. The methods are robust against various security threats.The security authentication process adopts a modified Diffie-Hellman key agreement protocol. The Diffie-Hellman protocol is used with a short authentication string (SAS)-based key agreement over Wi-Fi Directout-of-band communication channels. It protects the communication from any man-in-the-middle securitythreats. In particular, the security process is integrated into two LAR routing schemes, i.e., the request-zoneLAR scheme and the distance-based LAR scheme.We conduct extensive simulations with different networkparameters such as the vehicular node density, the number of the malicious nodes, and the speed of thenodes. Simulation results show that the proposed routing protocols provide superior performance in securedata delivery and average total packet delay. Also, the secure distance-based LAR protocol outperforms thesecure request-zone LAR protocol.

研究の動機と目的

• 動的かつ高移動性の通信環境下における車両adhocネットワーク（VANET）におけるセキュリティ脆弱性を是正すること。
• Wi-Fi Direct対応の車両間通信に、既存のロケーション支援ルーティング（LAR）プロトコルに強固なセキュリティ認証を統合すること。
• 中央集権的インfraストラクチャに依存せずに、VANETにおける中間者攻撃を軽減すること。
• ノード密度、悪意あるノード比率、車両速度といった異なるネットワーク条件下での安全LARプロトコルの性能を評価すること。

提案手法

• アウトオブバンドWi-Fi Directチャネルを介して、相互認証を実現するため、改変されたDiffie-Hellman鍵交換プロトコルと短い認証文字列（SAS）を統合する。
• リクエストゾーンLARと距離ベースLARの2つのLARルーティング方式を、SAS強化型鍵交換をルーティングプロセスに埋め込むことで適合させる。
• メインデータチャネルとは独立して、Wi-Fi Directを介したアウトオブバンド通信によりSAS値を交換し、認証の安全性を確保する。
• 計算オーバーヘッドを低減しつつ、中間者攻撃に対して強い耐性を維持するための軽量な暗号メカニズムを採用する。
• 元のLARルーティング効率を損なわず、エンドツーエンドのセキュリティを追加するようにプロトコル統合を設計する。
• 異なる移動性および攻撃シナリオ下で、安全なリクエストゾーンおよび安全な距離ベースLARプロトコルのシミュレーションを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SASベース認証をLARプロトコルに統合した場合、Wi-Fi Directを用いたVANETにおける安全なデータ配信にどのような影響を与えるか？
• RQ2 異なる車両ノード密度が、提案された安全LARプロトコルの性能に与える影響は何か？
• RQ3 悪意あるノードの数が異なる場合、安全ルーティングプロトコルの耐性およびパケット配信率にどのような影響を与えるか？
• RQ4 車両速度が、安全LAR方式における平均総パケット遅延にどのように影響するか？
• RQ5 リクエストゾーンと距離ベースの2つの安全LARバージョンのうち、どちらが安全なデータ配信および遅延低減において優れた性能を示すか？

主な発見

• 提案された安全な距離ベースLARプロトコルは、安全なリクエストゾーンLARプロトコルよりも、安全なデータ配信性能が優れている。
• 高密度の車両ノード環境および中程度から高い車両速度下では、安全ルーティングプロトコルが平均総パケット遅延を顕著に低減する。
• SASベース認証の統合により、Wi-Fi Directを基盤とするVANET通信における中間者攻撃が効果的に防止される。
• 悪意あるノードが最大20％まで存在しても、プロトコルは高いセキュリティと効率を維持し、強い耐性を示す。
• シミュレーション結果から、安全な距離ベースLARプロトコルが、パケット配信率および遅延指標の両面で、安全なリクエストゾーンLARプロトコルを上回ることが確認された。