[논문 리뷰] Secured Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Sensor Networks

P. Samundiswary, D. Sathian외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 03.

Security in Wireless Sensor Networks인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 이동성 있는 무선 센서 네트워크를 위한 거리 기반 라우팅 프로토콜인 그리디 퍼리미터 스테이트리스 라우팅(GPSR) 프로토콜의 보안 확장인 S-GPSR을 제안한다. 이는 선택적 포워딩 및 싱크홀 공격을 탐지하고 완화하기 위해 신뢰 기반 메커니즘을 통합한다. 시뮬레이션 결과, 표준 GPSR과 비교해 S-GPSR은 라우팅 오버헤드를 감소시키고 패킷 전달 비율을 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 무선 센서 네트워크에서 사용되는 지리 기반 라우팅 프로토콜의 보안 취약점을 해결하기 위해.
• 에너지 제약이 있고 이동성이 있는 센서 네트워크에서 일반적인 공격인 선택적 포워닝 및 싱크홀 공격을 완화하기 위해.
• 상태 정보를 증가시키지 않고도 기존 GPSR 프로토콜의 성능을 향상시키기 위해 신뢰 기반 메커니즘을 통합하기 위해.
• 안정적이고 상태가 없는, 위치 기반 라우팅을 통해 네트워크 신뢰성과 효율성을 향상시키기 위해.
• 실제 공격 시나리오를 기반으로 시뮬레이션을 통해 제안된 프로토콜의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• 중간 노드의 신뢰성 평가 및 거르기 위해 GPSR 프로토콜에 신뢰 기반 메커니즘을 통합한다.
• 로컬 명성 점수를 사용하여 패킷 포워딩의 신뢰성과 일관성에 기반해 노드 행동을 평가한다.
• 그리디 포워딩에 실패할 경우 퍼리미터 라우팅과 조합된 그리디 포워딩 전략을 사용하여 경로의 연속성을 보장한다.
• 라우팅 경로 발견 또는 유지 관리 오버헤드가 필요 없도록 하여 상태 없는 운영을 유지한다.
• 신뢰 임계값을 적용하여 악성 노드가 패킷을 포워딩하는 것을 차단하여 데이터 손상 위험을 줄인다.
• 공격 조건이 다양한 이동성 있는 센서 네트워크 환경에서 시뮬레이션을 수행하여 프로토콜의 내구성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이동성 있는 무선 센서 네트워크에서 GPSR의 보안을 어떻게 강화하여 선택적 포워딩 및 싱크홀 공격에 저항할 수 있는가?
• RQ2 신뢰 기반 메커니즘을 통합할 경우 GPSR에서 라우팅 오버헤드는 얼마나 감소하고 전달 비율은 얼마나 향상되는가?
• RQ3 상태 정보를 저장하지 않는 상태 없는 라우팅 프로토콜이 높은 성능과 보안을 유지를 할 수 있는가?
• RQ4 신뢰 기반 메커니즘이 패킷 포워딩 중에 손상된 노드를 효과적으로 식별하고 격리하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ5 이동성 있는 센서 네트워크에서 보안 강화와 에너지 효율성 간의 성능 트레이드오프는 어떠한가?

주요 결과

• S-GPSR은 공격 조건 하에서 표준 GPSR 프로토콜과 비교해 라우팅 오버헤드를 크게 감소시킨다.
• 악성 노드의 효과적 탐지 및 제거 덕분에 S-GPSR의 패킷 전달 비율이 향상된다.
• 신뢰 기반 메커니즘이 선택적 포워딩 및 싱크홀 공격을 시도하는 노드를 성공적으로 식별하고 격리한다.
• 계산 및 메모리 오버헤드가 낮아, GPSR의 상태 없는 특성을 유지한다.
• 시뮬레이션 결과, S-GPSR은 신뢰성과 일반적인 공격에 대한 내구성 측면에서 GPSR을 능가한다.
• 신뢰 지표 통합이 큰 이동성 있는 센서 네트워크에서 라우팅 프로토콜의 확장성에 영향을 주지 않는다.