Ett mobilt ad hoc-nätverk består av en samling trådlösa mobila noder som kan kommunicera med varandra utan användning av en nätverksinfrastruktur eller någon centraliserad administration. MANET är ett framväxande forskningsområde med praktiska tillämpningar. Den trådlösa MANET är dock särskilt sårbar på grund av dess grundläggande egenskaper, såsom öppen medium, dynamisk topologi, distribuerat samarbete och begränsad kapacitet. Routing spelar en viktig roll för hela nätverkets säkerhet. I allmänhet verkar routing säkerhet i trådlösa MANETS vara ett problem som inte är trivialt att lösa. I denna artikel studerar vi routing säkerhetsfrågor av MANETS, och analysera i detalj en typ av attack - det "svarta hålet" problem - som lätt kan användas mot MANETS. Vi föreslår också en lösning på problemet med svarta hål för ad hoc på begäran avstånd vektor routing protokoll. Användningen av trådlös kommunikation har ökat explosionsartat under de senaste åren, från satellitöverföring till trådlösa personnät i hemmet. Den främsta fördelen med ett trådlöst nätverk är förmågan hos den trådlösa noden att kommunicera med resten av världen medan den är mobil. Två grundläggande systemmodeller har tagits fram för det trådlösa nätverksparadigmet. Den trådlösa systemmodellen med fast ryggrad består av ett stort antal mobila noder och relativt färre, men mer kraftfulla, fasta noder. Dessa fasta noder är hårt kopplade med fasta linor. Kommunikationen mellan en fast nod och en mobil nod inom dess räckvidd sker via det trådlösa mediet. Detta kräver dock en fast permanent infrastruktur. En annan systemmodell, det mobila ad hoc-nätverket (MANET) har föreslagits att inrätta ett nätverk när det behövs, men överföringsområdet för varje lågeffektsnod är begränsat till varandras närhet, och noder utanför räckvidd styrs via mellanliggande noder. En MANET anses vara en samling trådlösa mobila noder som kan kommunicera med varandra utan användning av en nätverksinfrastruktur eller någon centraliserad administration. De mobila värdarna är inte bundna till någon centraliserad kontroll som basstationer eller mobila växlingscentraler. Även om detta erbjuder obegränsad rörlighet och konnektivitet till användarna, är ansvaret för nätverkshantering nu helt på de noder som bildar nätverket. På grund av det begränsade överföringsområdet för trådlösa nätverksgränssnitt kan flera hopar behövas för att en nod ska kunna utbyta data med en annan över nätverket. I ett sådant nätverk fungerar varje mobil nod inte bara som en värd utan också som en router, vidarebefordra paket för andra mobila noder i nätverket som kanske inte är inom direkt trådlös överföringsområde av varandra. Varje nod deltar i en ad hoc routing protokoll som gör det möjligt att upptäcka multihop vägar genom nätverket till någon annan nod. Idén om MANET kallas också infrastrukturlöst nätverk, eftersom de mobila noderna i nätverket dynamiskt etablera routing sinsemellan för att bilda sitt eget nätverk i farten. Det bildas omedelbart, och använder multihop routing för att överföra information. MANET-tekniken kan ge en mycket flexibel metod för att skapa kommunikation i situationer där geografiska eller markbundna begränsningar kräver ett helt distribuerat nätverkssystem utan någon fast basstation, såsom slagfält, militära tillämpningar och andra nödsituationer och katastrofsituationer. Ett sensornätverk, som består av flera tusen små lågdrivna noder med avkänningsförmåga, är en av MANET:s futuristiska tillämpningar. Figur 1 visar exempel på tillämpningar av trådlösa MANETS. Det är uppenbart att säkerhet är en viktig fråga på dessa områden. Den senaste tidens trådlösa forskning visar emellertid att den trådlösa MANET utgör ett större säkerhetsproblem än konventionella trådbundna och trådlösa nät [1, 2]. Medan de flesta av de underliggande funktionerna gör MANETS användbara och populära. Först går alla signaler via bandbreddsbegränsade trådlösa länkar i en MANET, vilket gör det mer benägna att fysiska säkerhetshot än fasta fasta fasta nätverk. Möjliga länkattacker sträcker sig från passiv avlyssning till aktiv störning. Mobila noder utan tillräckligt skydd är lätta att fånga, kompromissa och kapa. En angripare kan lyssna på och ändra all trafik på den trådlösa kommunikationskanalen, och kan försöka maskera som en av deltagarna. Autentisering baserad på allmän nyckelkryptering och certifieringsmyndigheter kan vara svårt att utföra i en MANET på grund av att det inte finns någon central stödinfrastruktur. För det andra roamingar mobila noder oberoende av varandra och kan röra sig i vilken riktning som helst. Därför skulle en säkerhetslösning med en statisk konfiguration inte vara tillräcklig för den dynamiskt föränderliga topologin. I de flesta routing protokoll för en MANET, noder utbyta information om topologin för nätverket så att rutter kan fastställas mellan en källa och en destination. Alla meddelanden överförs över luften; varje inkräktare kan illvilligt ge felaktig uppdateringsinformation genom att låtsas vara en legitim förändring av routing information. Till exempel, överbelastning (DoS) kan enkelt startas om en skadlig nod översvämmar nätverket med falska routing meddelanden. De andra noderna kan omedvetet sprida meddelandena. För det tredje är decentraliserat beslutsfattande i MANET beroende av samarbete mellan alla noder. Den skadliga noden kunde helt enkelt blockera eller ändra trafiken traversing det genom att vägra samarbete för att bryta den kooperativa algoritmer. Den här egenskapen gör att några centraliserade system för att upptäcka intrång misslyckas. Slutligen kan vissa eller alla noder i en MANET förlita sig på batterier eller andra uttömliga medel för sin energi. En angripare kan skapa en ny typ av Dos attack genom att tvinga en nod att spela upp paket för att uttömma sin energi. På grund av den begränsade nätkapaciteten och batterieffekten hos trådlösa noder är frekventa frånkopplingar vanliga i trådlösa MANETS, vilket gör anomalier svåra att skilja från normalitet. I allmänhet är den trådlösa MANET särskilt sårbar på grund av dess grundläggande egenskaper av öppen medium, dynamisk topologi, avsaknad av centrala myndigheter, distribuerat samarbete och begränsad kapacitet. De befintliga säkerhetslösningarna för trådbundna nät kan inte tillämpas direkt i trådlösa MANETS. I denna artikel studerar vi säkerhetsfrågor när routing utförs i en MANET, analysera i detalj en typ av attack - det "svarta hålet" problem - som lätt kan sättas in mot MANETS, och föreslå en genomförbar lösning för ad hoc on-demand avstånd vektor (AODV) routing protokoll [3]. Resten av artikeln är organiserad enligt följande. Vi diskuterar routing säkerhetsfrågor i en MANET och ger en översikt över aktuella säkerhetssystem som föreslås för MANETS i litteraturen. De olika routing protokollen införs också. Vi beskriver problemet med svarta hål i AODV-protokollet i detalj. För att mildra attackerna presenteras en möjlig lösning på problemet med svarta hål. Slutligen ger vi slutsatser och riktlinjer för framtida forskning. Noderna i ett ad hoc-nätverk fungerar också som routrar som upptäcker och upprätthåller rutter till andra noder i nätverket. Det primära målet med ett MANET routing protokoll är att etablera en korrekt och effektiv väg mellan ett par noder så att meddelanden kan levereras i tid. Om routing kan missriktas, kan hela nätverket förlamas. Således spelar routing säkerhet en viktig roll för säkerheten i hela nätverket. Här presenterar vi först kortfattat några förslag till routingprotokoll för MANETS. Många olika routingprotokoll [4] har utvecklats för MANETS. De kan delas in i två kategorier: Tabelldriven: Tabellbaserade routingprotokoll använder huvudsakligen proaktiva system. De försöker att upprätthålla konsekvent uppdaterad routing information från varje nod till varje annan nod i nätverket. Dessa protokoll kräver att varje nod upprätthåller en eller flera tabeller för att lagra routinginformation, och eventuella ändringar i nätverkstopologin måste återspeglas genom att sprida uppdateringar i hela nätverket för att upprätthålla en konsekvent nätverksvy. På begäran: Ett annat tillvägagångssätt än bordsbaserad routing är källinitierad on-demand routing. Denna typ av routing skapar rutter endast när så önskas av källnoden. När en nod kräver en rutt till en destination, initierar den en rutt upptäckt process inom nätverket. Denna process slutförs när en rutt har hittats eller alla möjliga vägpermutationer har undersökts. Tre huvudsakliga routing protokoll för en MANET är destination-sequenced avstånd-vector routing protokoll (DSDV), AODV, och Dynamic Source Routing protokoll (DSR). DSDV är ett bordsdrivet routingprotokoll baserat på den klassiska Bellman-Ford routing mekanismen. I detta routingprotokoll har varje mobil nod i systemet en routingtabell där alla möjliga destinationer och antalet humle till dem registreras i nätverket. AODV bygger på den DSDV algoritm som beskrivs ovan och är en förbättring eftersom det normalt minimerar antalet nödvändiga sändningar genom att skapa rutter på efterfrågebasis, i motsats till att upprätthålla en fullständig lista över rutter som i DSDV. Det är en ondemand rutt förvärvssystem, eftersom noder som inte är på en vald väg inte upprätthålla routing information eller delta i routing tabellutbyten. DSR skiljer sig från AODV i den meningen att varje mobil nod håller reda på de rutter som den är medveten om i en rutt cache. När den tar emot en sökning efter sökväg, konsulterar den med sin ruttcache för att se om den innehåller den information som krävs. Detta protokoll använder mer minne samtidigt minska rutten upptäckt fördröjning i systemet. Effektiv drift av en MANET är beroende av att upprätthålla lämplig routing information på ett distribuerat sätt. Men ingen säkerhet anses i för närvarande föreslagna routing protokoll, vilket gör routing protokollet ett enkelt mål för angripare. Säkerhet innebär alltid identifiering av potentiella attacker, hot och sårbarheter i ett visst system. Vesa Karpijoki [1] och Janne Lundberg [5] diskuterade utvalda typer av attacker som lätt kan utföras mot en MANET. Attacker kan klassificeras som passiva och aktiva attacker. En passiv attack stör inte driften av ett routing protokoll, men bara försök att upptäcka värdefull information genom att lyssna på routing trafik, vilket gör det mycket svårt att upptäcka. En aktiv attack är ett försök att felaktigt ändra data, få behörighet, eller upphandla behörighet genom att infoga falska paket i dataströmmen eller ändra paket övergång genom nätverket. Aktiv attack kan ytterligare delas in i externa attacker och interna attacker.En extern attack är en orsakad av noder som inte tillhör nätverket. En intern attack är en från komprometterade eller kapade noder som tillhör nätverket. Interna attacker är vanligtvis allvarligare, eftersom skadliga noder redan tillhör nätverket som auktoriserade parter. Därför skyddas sådana noder med nätverkssäkerhetsmekanismer och underliggande tjänster. Därefter beskriver vi några typer av aktiva attacker [1, 5] som lätt utförs mot en MANET i nätverksskiktet. Svart hål: I denna attack, en skadlig nod använder routing protokollet för att annonsera sig själv som att ha den kortaste vägen till noden vars paket det vill snappa upp. Vi ger en detaljerad beskrivning häri. Förnekande av tjänsten: Dos-attacken resulterar när nätverksbandbredden kapas av en skadlig nod. Den har många former: det klassiska sättet är att översvämma alla centraliserade resurser så att nätverket inte längre fungerar korrekt eller kraschar. Till exempel genereras en begäran om rutt när en nod måste skicka data till en viss destination. En skadlig nod kan generera ofta onödiga ruttförfrågningar för att göra nätverksresurserna otillgängliga för andra noder. Angriparen försöker skapa rutter till obefintliga noder. Målet är att ha tillräckligt med vägar så att skapandet av nya vägar förhindras eller genomförandet av routing protokollet överväldigas. Impersonation: En skadlig nod kan imitera en annan nod när kontrollpaketen skickas för att skapa en anomali uppdatering i routing tabellen. Energikonsumering: Energi är en kritisk parameter i MANET. Batteridrivna enheter försöker spara energi genom att sända endast när det är absolut nödvändigt. En angripare kan försöka konsumera batterier genom att begära rutter eller vidarebefordra onödiga paket till en nod. Informationslämnande: Den skadliga noden kan läcka konfidentiell information till obehöriga användare i nätverket, såsom routing eller platsinformation. I slutändan vet angriparen vilka noder som ligger på målrutten. Forskningen om säkerhet för MANETS är fortfarande i sin linda. Flera säkerhetssystem för MANETS har föreslagits. I distribuerade nyckelhanteringstjänster [2] uppnås uppgiften att överföra routinginformation på ett redundant sätt så att nätverket inte påverkas kritiskt om en viss rutt misslyckas eller en relativt liten mängd noder äventyras. För att omintetgöra attacker som försöker ta reda på certifikatmyndighetens hemliga nyckel inom en kort tidsperiod, används också den uppfräschande andelen. Men det antas att den delade underskriften av den privata nyckeln till nyckelhanteringstjänsten inte kan avslöjas för motståndaren. Detta antagande kanske inte är sant om den interna noden äventyras. Stajano och Anderson [6] belysa några av de säkerhetsfrågor som MANETS står inför och undersöka sätt för lågkomplett MANETS såsom sensornätverk, och personliga digitala assistenter (PDAs) där full offentlig nyckel kryptografi kanske inte är möjlig. Sergio Marti m.fl. [7] introducerade Watchdog och Pattrater tekniker som förbättrar genomströmningen i en MANET genom att identifiera fel uppförande noder som går med på att vidarebefordra paketen men aldrig göra det. Watchdog används för att identifiera fel uppförande noder, och Pattrater för att hjälpa routing protokoll undvika dessa noder. Zhang och Lee [8] presenterade först en ny mekanism för upptäckt och respons av intrång för MANETS. Det grundläggande antagandet är att användaren och tillhörande programaktiviteter är observerbara, och det underliggande distribuerade systemet måste vara samarbetsvilligt. I denna arkitektur deltar varje nod i mekanismen för att upptäcka intrång och reagera. Den datainsamlingsmekanism som finns i varje nod samlar in flöden av realtidsdata från olika källor. Lokal upptäckt analyserar de lokala dataspår som samlats in av den lokala datainsamlingsmodulen för att påvisa avvikelser. Denna artikel ger en bra guide för att utforma en intrångsdetektering modell för MANETS. Albers system. De visade hur en enkel förtroendebaserad mekanism i kombination med ett mobilagentbaserat system för att upptäcka intrång skulle kunna säkerställa de säkerhetstjänster som användarna behöver i MANET. En extern attackförebyggande och intern attackdetekteringsmodell för AODV föreslogs i [10]. External Attack Prevention Model (EAPM) säkrar nätverket från externa attacker genom att implementera autentiseringskoden för meddelanden (MAC) för att säkerställa integriteten hos paket för begäran om rutt. Ett system för att eliminera alltför stora översvämningar av meddelandet om autentiseringskontroll föreslås också. Internal Attack Detection Model (IADM) används för att analysera lokala dataspår som samlats in av den lokala datainsamlingsmodulen och identifiera de felande noderna i nätverket. Närhelst IADM bestämmer en felbeteende nod skickar responsmodellen (RM) ut alarmmeddelanden till hela nätverket för att isolera felbeteende noden. Ett problem med IADM är den höga falska positiva frekvensen eftersom onormalt beteende ibland är mycket svårt att skilja från normalt beteende. I den här artikeln försöker vi undvika problemet med hög falsk positiv ränta. AODV är en viktig on-demand routing protokoll som skapar rutter endast när önskas av källan nod. När en nod kräver en rutt till en destination, initierar den en rutt upptäckt process inom nätverket. Det sänder en linje begäran (RREQ) paket (Fig. 2 ) till sina grannar, som sedan vidarebefordrar begäran till sina grannar, och så vidare, tills antingen destinationen eller en mellanliggande nod med en "färsk nog" väg till destinationen ligger. I denna process kan den mellanliggande noden endast svara på RREQ-paketet om den har en tillräckligt färsk rutt till destinationen. När RREQ når destinationen eller en mellanliggande nod med en tillräckligt färsk rutt, svarar destinationen eller mellanliggande noden genom att unicasting en rutt svar (RREP) paket (Fig. 3 ) tillbaka till grannen som det först fick RREQ. Efter att ha valt och fastställt en rutt underhålls den av en rutt underhåll tills antingen destinationen blir otillgänglig längs varje väg från källan eller rutten inte längre önskas. I den här artikeln tar vi upp en routing attack som lätt kan hända i trådlösa MANETS, det svarta hålet problemet. Enligt det ursprungliga AODV-protokollet kan en mellanliggande nod svara på RREQ-meddelandet om den har en tillräckligt färsk rutt, som kontrolleras med destinationssekvensnumret i RREQ-paketet. Denna mekanism används för att minska routing fördröjning, men gör systemet ett mål för en skadlig nod. Den skadliga noden stör enkelt den korrekta funktionen av routing protokollet och gör åtminstone en del av nätverket krasch. Till exempel vill nod 1 skicka datapaket till nod 4 i bild. 4, och initierar rutten upptäckt process. Vi antar att nod 3 är en skadlig nod utan tillräckligt färsk rutt till destination nod 4. Nod 3 hävdar dock att den har rutten till destinationen när den tar emot RREQ-paket, och skickar svaret till källa nod 1. Destinationsnoden och andra normala mellanliggande noder som har den nya rutten till destinationen kan också ge ett svar. Om svaret från en normal nod når källkodsnoden för RREQ först, fungerar allt bra; men svaret från skadlig nod 3 kan nå källkodsnoden först, om den skadliga noden är närmare källnoden. Dessutom behöver en skadlig nod inte kontrollera sin routing tabell när du skickar ett falskt meddelande; dess svar är mer sannolikt att nå källkod noden först. Detta gör att källnoden tror att processen för att upptäcka rutten är komplett, ignorerar alla andra svarsmeddelanden och börjar skicka datapaket. Som ett resultat, alla paket genom den skadliga noden helt enkelt konsumeras eller förloras. Den skadliga noden kan sägas bilda ett svart hål i nätverket, och vi kallar detta för problemet med det svarta hålet. På detta sätt kan den skadliga noden lätt omdirigera en hel del nätverkstrafik till sig själv, och kan orsaka en attack till nätverket med mycket lite ansträngningar från dess sida. En möjlig lösning på problemet med svarta hål är att inaktivera möjligheten att svara i ett meddelande från en mellanliggande nod, så alla svarsmeddelanden ska endast skickas ut av destinationsnoden. Med denna metod kan den mellanliggande noden inte svara, så på något sätt undviker vi problemet med svarta hål och implementerar ett säkert AODV-protokoll. Men det finns två åtföljande nackdelar. För det första ökar förseningen kraftigt, särskilt för ett stort nät. För det andra kan en skadlig nod vidta ytterligare åtgärder såsom fabricera ett svar meddelande på uppdrag av destination noden. Källnoden kan inte identifiera om svarsmeddelandet verkligen är från destinationsnoden eller är fabricerat av den skadliga noden. I detta fall kanske metoden inte är tillräcklig. Vi föreslår en annan lösning med ytterligare en rutt till den mellanliggande noden som återspelar RREQ-meddelandet för att kontrollera om rutten från den mellanliggande noden till destinationsnoden finns eller inte. Om den finns kan vi lita på den mellanliggande noden och skicka ut datapaketen. Om inte, slänger vi bara svarsmeddelandet från den mellanliggande noden och skickar ut alarmmeddelandet till nätverket och isolerar noden från nätverket. Följande är den detaljerade kontrollprocessen. Vi använder samma exempel som i Fig. 4 Och anta nod 3 är en skadlig nod. I den föreslagna metoden kräver vi att varje mellanliggande nod skickar tillbaka nästahop-information när den skickar tillbaka ett RREP-meddelande. Således skickar nod 3 tillbaka nästahop information när den skickar RREP-paketet till källkod nod 1. Här antar vi att nästa hop det skickar tillbaka är nod 5. När nod 1 får svarsmeddelandet från nod 3, skickar den inte datapaketen direkt, utan extraherar nästahop-information från svarspaketet och skickar sedan en ytterligare begäran till nästahop (node 5 i bild). 5 ) för att kontrollera att den har en rutt till den mellanliggande noden som skickar tillbaka svarsmeddelandet, och att den har en rutt till destinationsnoden. För att undvika problemet med rekursivitet, kan endast den begärda nästahop skicka tillbaka ett ytterligare svarsmeddelande, vilket inkluderar kontrollresultatet. Den tillfrågade mellanliggande noden kan också skicka tillbaka ytterligareReply-meddelandet när den tar emot den ytterligareRequest. I denna metod ignorerar vi det ytterligareReply-meddelandet från den tillfrågade mellanliggande noden (nod 3 i bild). 6 ) och 6 )............................................................................................................... Således undviker vi situationen för den mellanliggande noden att vidta ytterligare åtgärder såsom att fabricera svarsmeddelandet på uppdrag av nästahop nod. När källnoden får ytterligaresvar från nästahop, extraherar den kontrollresultatet från svarspaketen. Om resultatet är ja, fastställer vi en rutt till destinationen och börjar skicka ut datapaket. Om nästa hop inte har någon väg till den tillfrågade mellanliggande noden, men har en väg till destinationsnoden, kastar vi svarspaketen från den tillfrågade mellanliggande noden, och använder den nya rutten genom nästahop till destinationen. Skicka samtidigt ut alarmmeddelandet till hela nätverket för att isolera den skadliga noden. Om nästa hop inte har någon rutt till den begärda mellanliggande noden, och den inte heller har någon rutt till destinationsnoden, initierar källkodsnoden en annan routing upptäcktsprocess, och skickar också ut ett alarmmeddelande för att isolera den skadliga noden. Med hjälp av denna metod, undviker vi problemet med svarta hål, och även förhindra nätverket från ytterligare skadliga beteende. Vi inaktiverar inte möjligheten av ett svarande meddelande från mellanliggande noder, men routing overhead ökar kraftigt om vi gör kontrollprocessen till varje mellanliggande nod som skickar ett svarsmeddelande. Dessutom behöver vi inte denna mekanism i en normal nätverksmiljö. Vi föreslår att använda denna metod när vi hittar någon misstänkt nod i nätverket. För att hitta den misstänkta noden kan alla metoder för att upptäcka intrång användas. Vi använder IADM för vårt tidigare arbete [10] för att hitta den misstänkta noden. När vi är misstänksam utlöser vi vår metod för att upptäcka om den misstänkta noden verkligen är skadlig eller inte. Våra simuleringsresultat visar att vi kan säkra AODV-protokollet från attacker i svarta hål och uppnå ökat genomflöde, samtidigt som vi håller routing överliggande minimalt. MANET är ett framväxande forskningsområde med praktiska tillämpningar. En trådlös MANET innebär dock ett större säkerhetsproblem än konventionella trådbundna och trådlösa nätverk på grund av dess grundläggande egenskaper av öppen medium, dynamisk topologi, avsaknad av centrala myndigheter, distribuerat samarbete och begränsad kapacitet. Routing security spelar en viktig roll för hela nätverkets säkerhet. I allmänhet verkar routingsäkerheten i trådlösa nätverk vara ett icke-trivialt problem som inte lätt kan lösas. Det är omöjligt att hitta en allmän idé som kan fungera effektivt mot alla typer av attacker, eftersom varje attack har sina egna särdrag. I denna artikel studerar vi routing säkerhetsfrågor av MANET, analysera en typ av attack, det svarta hålet, som lätt kan sättas in mot en MANET, och föreslå en genomförbar lösning för det i AODV protokollet. En begränsning av den föreslagna metoden är att det fungerar baserat på ett antagande att skadliga noder inte fungerar som en grupp, även om detta kan hända i en verklig situation. Vi tittar för närvarande på problemet med lagattacker.
Deng, Li och Agrawal REF har föreslagit en mekanism för försvar mot ett svart hål attack på AODV routing protokoll.
Routing security in wireless ad hoc networks
{'venue': None, 'journal': 'IEEE Communications Magazine', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}