[論文レビュー] Secured Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Sensor Networks

P. Samundiswary, D. Sathian+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2010

Security in Wireless Sensor Networks被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、モバイル無線センサーネットワーク向けに、グリーディ・パーリメーター状態なしルーティング（GPSR）プロトコルのセキュアな拡張版であるS-GPSRを提案する。このプロトコルは、選択的転送攻撃およびシンクホール攻撃を検出・緩和するための信頼ベースのメカニズムを統合している。シミュレーション結果から、標準的なGPSRと比較してS-GPSRはルーティングのオーバーヘッドを低減し、パケット配信効率を向上させていることが示された。

ABSTRACT

Wireless sensor networks are collections of large number of sensor nodes. The sensor nodes are featured with limited energy, computation and transmission power. Each node in the network coordinates with every other node in forwarding their packets to reach the destination. Since these nodes operate in a physically insecure environment; they are vulnerable to different types of attacks such as selective forwarding and sinkhole. These attacks can inject malicious packets by compromising the node. Geographical routing protocols of wireless sensor networks have been developed without considering the security aspects against these attacks. In this paper, a secure routing protocol named secured greedy perimeter stateless routing protocol (S-GPSR) is proposed for mobile sensor networks by incorporating trust based mechanism in the existing greedy perimeter stateless routing protocol (GPSR). Simulation results prove that S-GPSR outperforms the GPSR by reducing the overhead and improving the delivery ratio of the networks.

研究の動機と目的

• 無線センサーネットワークで使用される地理的ルーティングプロトコルにおけるセキュリティ上の脆弱性を解決すること。
• エネルギー制限があり、移動性を持つセンサーネットワークにおける一般的な攻撃（選択的転送攻撃およびシンクホール攻撃）を緩和すること。
• 状態情報の増加を伴わずに、既存のGPSRプロトコルの性能を信頼ベースのメカニズムを統合することで向上させること。
• 安全で、状態なしで、位置に基づくルーティングを通じて、ネットワークの信頼性と効率を向上させること。
• シミュレーションを用いて、現実の攻撃シナリオ下でのプロトコルの性能を評価すること。

提案手法

• 中間ノードの信頼性を評価・フィルタリングするため、GPSRプロトコルに信頼ベースのメカニズムを統合する。
• ローカルレピュテーションスコアを用いて、パケット転送の信頼性と一貫性に基づきノードの行動を評価する。
• グリーディ転送に失敗した場合には、周囲ルーティングを併用することで、ルートの継続性を保証する。
• ルート発見や保守のオーバーヘッドを回避することで、状態なしの動作を維持する。
• 信頼のしきい値を適用して、悪意あるノードがパケットを転送するのを除外することで、データ破損のリスクを低減する。
• さまざまな攻撃状況下でモバイルセンサーネットワークをシミュレートし、プロトコルのレジリエンスを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、モバイル無線センサーネットワークにおける選択的転送攻撃およびシンクホール攻撃に対してGPSRのセキュリティを強化できるか？
• RQ2 信頼ベースのメカニズムを統合することで、GPSRにおけるルーティングオーバーヘッドはどの程度低減され、配信効率はどのように向上するか？
• RQ3 状態なしのルーティングプロトコルは、ルーティング状態情報を保持しないまま、高い性能とセキュリティを維持できるか？
• RQ4 信頼ベースのメカニズムは、パケット転送中に悪意あるノードを特定・隔離するのにどの程度効果的か？
• RQ5 モバイルセンサーネットワークにおいて、セキュリティ強化とエネルギー効率の間には、どのようなトレードオフが生じるか？

主な発見

• 攻撃状況下で、S-GPSRは標準的なGPSRプロトコルと比較して、ルーティングのオーバーヘッドを顕著に低減している。
• 悪意あるノードの効果的な検出と除外のおかげで、S-GPSRにおけるパケット配信効率が向上している。
• 信頼ベースのメカニズムは、選択的転送攻撃およびシンクホール攻撃に従事するノードを、効果的に特定・隔離した。
• 計算およびメモリのオーバーヘッドが低く抑えられており、GPSRの状態なしの性質を保っている。
• シミュレーション結果から、S-GPSRは、信頼性および一般的な攻撃に対するレジリエンスという点で、GPSRを上回っていることが示された。
• 信頼指標の統合によって、大規模なモバイルセンサーネットワークにおけるルーティングプロトコルのスケーラビリティが損なわれていない。