[논문 리뷰] Secure Location-Aided Routing Protocols With Wi-Fi Direct For Vehicular Ad Hoc Networks

Ma’en Saleh, Liang Dong외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 26.

Advanced Authentication Protocols Security인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 Wi-Fi Direct를 사용한 차량용 애드혹 네트워크(VANET)를 위한 보안 위치 기반 라우팅(LAR) 프로토콜을 제안하며, 외부 채널을 통한 짧은 인증 문자열(SAS)과 수정된 디피 헬만 키 협약을 통합하여 중간자 공격에 저항한다. 보안 거리 기반 LAR 프로토콜은 보안 요청 영역 LAR 프로토콜보다 보안 데이터 전달 성능이 뛰어나며 평균 총 패킷 지연을 감소시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 동적이고 고속 이동성 있는 통신 중 차량용 애드혹 네트워크(VANET)의 보안 취약점을 해결하기 위해.
• Wi-Fi Direct 기반 차량 간 통신을 위한 기존 위치 기반 라우팅(LAR) 프로토콜에 강력한 보안 인증 기능을 통합하기 위해.
• 중앙 집중식 인fra구조에 의존하지 않고 VANET에서의 중간자 공격을 완화하기 위해.
• 노드 밀도, 악성 노드 비율, 차량 속도와 같은 다양한 네트워크 조건에서 보안 LAR 프로토콜의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• 외부 채널을 통한 Wi-Fi Direct 채널을 통해 상호 인증을 위한 수정된 디피 헬만 키 협약 프로토콜과 짧은 인증 문자열(SAS)을 통합한다.
• 요청 영역 LAR 및 거리 기반 LAR의 두 가지 LAR 라우팅 방식을 개선하여 SAS 향상된 키 교환를 라우팅 프로세스에 통합한다.
• 주 데이터 채널과 별도로 Wi-Fi Direct를 통해 외부 채널 통신을 이용해 SAS 값을 교환함으로써 보안 인증을 주 데이터 채널과 독립적으로 확보한다.
• 계산 오버헤드를 줄이면서도 중간자 공격에 강력한 저항성을 유지하기 위해 경량 암호 기법을 사용한다.
• 기존 LAR 라우팅 효율성을 유지하면서도 종단 간 보안을 추가하기 위해 프로토콜 통합을 설계한다.
• 다양한 이동성 및 공격 시나리오에서 보안 요청 영역 및 보안 거리 기반 LAR 프로토콜을 시뮬레이션한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SAS 기반 인증을 LAR 프로토콜에 통합할 경우 Wi-Fi Direct 기반 VANET에서의 보안 데이터 전달에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 다양한 차량 노드 밀도가 제안된 보안 LAR 프로토콜의 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 악성 노드의 수가 다양할 경우 보안 라우팅 프로토콜의 내구성과 패킷 전달 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 차량 속도는 보안 LAR 기반 시스템에서 평균 총 패킷 지연에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 요청 영역과 거리 기반 중 어느 보안 LAR 변종이 보안 데이터 전달 및 지연 감소 측면에서 더 뛰어난 성능을 보이는가?

주요 결과

• 제안된 보안 거리 기반 LAR 프로토콜은 보안 요청 영역 LAR 프로토콜보다 보안 데이터 전달 성능이 뛰어나다.
• 높은 차량 노드 밀도 및 중간에서 높은 속도에서 보안 라우팅 프로토콜이 평균 총 패킷 지연을 크게 감소시킨다.
• SAS 기반 인증 통합은 Wi-Fi Direct 기반 VANET 통신에서 중간자 공격을 효과적으로 방지한다.
• 최대 20%의 노드가 악성일 경우에도 프로토콜은 높은 보안성과 효율성을 유지하며 강력한 내구성을 보여준다.
• 시뮬레이션 결과는 보안 거리 기반 LAR 프로토콜이 패킷 전달 비율 및 지연 지표에서 보안 요청 영역 LAR 프로토콜을 모두 초월함을 확인한다.