[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出S-GPSR，作为移动无线传感器网络中贪婪边缘无状态路由（GPSR）协议的安全扩展，通过集成基于信任的机制来检测并缓解选择性转发攻击与黑洞攻击。仿真结果表明，与标准GPSR相比，S-GPSR可降低路由开销并提高分组交付率。

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.

研究动机与目标

• 解决无线传感器网络中地理路由协议存在的安全漏洞。
• 缓解能量受限、移动传感器网络中常见的选择性转发与黑洞攻击。
• 通过集成基于信任的机制，在不增加状态信息的前提下提升现有GPSR协议的性能。
• 通过安全、无状态且基于位置的路由，提升网络的可靠性和效率。
• 通过仿真评估所提协议在真实攻击场景下的性能。

提出的方法

• 将基于信任的机制集成到GPSR协议中，以评估并筛选中间节点的可信度。
• 使用本地声誉分数，根据分组转发的可靠性与一致性评估节点行为。
• 在贪婪转发失败时采用贪婪转发策略与边缘路由相结合的方式，确保路径连续性。
• 通过避免路由发现或维护开销，保持无状态操作。
• 应用信任阈值，将恶意节点排除在分组转发之外，降低数据污染风险。
• 在各种攻击条件下对移动传感器网络进行仿真，以验证协议的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何增强GPSR的安全性，以抵御移动无线传感器网络中的选择性转发与黑洞攻击？
• RQ2 在GPSR中集成基于信任的机制在多大程度上可降低路由开销并提高交付率？
• RQ3 无状态路由协议是否能在不存储路由状态信息的情况下维持高性能与安全性？
• RQ4 基于信任的机制在识别并隔离分组转发过程中受损节点方面效果如何？
• RQ5 在移动传感器网络中，安全增强与能效之间的性能权衡是什么？

主要发现

• 在攻击条件下，S-GPSR相比标准GPSR协议显著降低了路由开销。
• 由于能有效检测并排除恶意节点，S-GPSR的分组交付率得到提升。
• 基于信任的机制成功识别并隔离了实施选择性转发与黑洞攻击的节点。
• 该协议保持了较低的计算与内存开销，维护了GPSR的无状态特性。
• 仿真结果表明，S-GPSR在可靠性与抵御常见攻击方面的表现优于GPSR。
• 信任度量的集成并未损害路由协议在大规模移动传感器网络中的可扩展性。