[论文解读] Avoiding Black Hole and Cooperative Black Hole Attacks in Wireless Ad hoc Networks

Abderrahmane Baadache, Ali Belmehdi|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2010

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 5被引用 64

一句话总结

本文提出了一种安全机制，通过验证中间节点的分组转发行为，检测并防止无线自组织网络中的黑洞攻击和协作式黑洞攻击。该解决方案采用轻量级验证协议，监控转发完整性，在仿真中显著减少了分组丢失，提高了网络的弹性。

ABSTRACT

In wireless ad hoc networks, the absence of any control on packets forwarding, make these networks vulnerable by various deny of service attacks (DoS). A node, in wireless ad hoc network, counts always on intermediate nodes to send these packets to a given destination node. An intermediate node, which takes part in packets forwarding, may behave maliciously and drop packets which goes through it, instead of forwarding them to the following node. Such behavior is called black hole attack. In this paper, after having specified the black hole attack, a secure mechanism, which consists in checking the good forwarding of packets by an intermediate node, was proposed. The proposed solution avoids the black hole and the cooperative black hole attacks. Evaluation metrics were considered in simulation to show the effectiveness of the suggested solution.

研究动机与目标

• 为解决无线自组织网络因缺乏集中控制而易受黑洞攻击和协作式黑洞攻击影响的脆弱性。
• 设计一种机制，确保中间节点正确转发分组，而非恶意丢弃分组。
• 通过仿真指标（如分组交付率和端到端延迟）评估所提解决方案的有效性。
• 在无依赖基础设施的动态、去中心化环境中，提升网络安全性与可靠性。

提出的方法

• 所提机制采用验证协议，通过监控转发行为检查中间节点是否正确转发分组。
• 每个节点使用轻量级、分布式验证过程，验证其邻居的转发活动。
• 系统可检测异常行为，如分组丢弃或错误路由，表明可能存在黑洞活动。
• 集成协作式黑洞检测机制，用于识别多个恶意节点之间的共谋行为。
• 该解决方案无需额外硬件或集中式权威机构，保持可扩展性。
• 基于仿真的评估使用标准指标，包括分组交付率、端到端延迟和吞吐量，以评估性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在去中心化的无线自组织网络中检测黑洞攻击？
• RQ2 何种机制可防止多个节点共谋丢弃分组的协作式黑洞攻击？
• RQ3 分布式、轻量级验证协议在维护分组转发完整性方面的有效性如何？
• RQ4 所提机制对交付率和延迟等网络性能指标有何影响？

主要发现

• 所提机制通过检测并隔离恶意节点，显著提高了分组交付率。
• 由于分组丢失减少和转发故障检测速度加快，端到端延迟降低。
• 系统通过行为监控有效检测单个和协作式黑洞攻击。
• 该解决方案保持低开销，适用于资源受限的自组织网络。