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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2014.tde-26082015-103421
Document
Author
Full name
Mateus Augusto Silva Santos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Margi, Cíntia Borges (President)
Albertini, Bruno de Carvalho
Camargo, Raphael Yokoingawa de
Rosset, Valério
Verdi, Fábio Luciano
Title in Portuguese
Segurança em redes de sensores sem fio desassistidas com aplicações em redes heterogêneas.
Keywords in Portuguese
Criptografia
Redes de sensores sem fio
Sobrevivência de dados
Abstract in Portuguese
Em redes de sensores sem fio (RSSFs), o nó sorvedouro geralmente é a única entidade confiável. Uma RSSF desassistida é aquela na qual o nó sorvedouro está indisponível por um período de tempo, sendo necessário armazenar os dados coletados ao invés de transmiti-los para a entidade segura. Portanto, até o nó sorvedouro estar novamente disponível para a recepção dos dados, um adversário pode comprometer nós sensores distribuídos em uma região geográfica com o objetivo de encontrar e apagar determinadas unidades de dado. Com o objetivo de evitar este tipo de ataque, fornecendo sobrevivência de dados, estratégias geralmente utilizam confidencialidade e redundância de dados de forma que a agregação de dados por nós sensores seja inviável. Além disso, o decorrer do tempo permite que um adversário tenha maior poder de ataque através do comprometimento de diferentes conjuntos de nós sensores. Apresenta-se um protocolo de segurança para RSSFs desassistidas que, através da renovação do estado da rede, reduz a vantagem de um adversário em montar ataques a partir de dados obtidos com o decorrer do tempo. O mecanismo proposto fornece segurança para múltiplas unidades de dados e permite o uso de agregação de dados por nós sensores. Como forma de avaliação da proposta, foram realizados experimentos em nós sensores reais, além da elaboração de um modelo analítico e de simulações. Resultados indicam como usar o protocolo proposto em diferentes cenários para maximizar a sobrevivência de dados. Adicionalmente, apresenta-se a aplicabilidade do método proposto em cenários de redes heterogêneas, caso das redes de segurança pública, utilizando-se do paradigma de redes definidas por software (SDN) para implantação da rede.
Title in English
Security in unattended wireless sensor networks with applications in heterogeneous networks.
Keywords in English
Cryptography
Data survival
Wireless sensor networks
Abstract in English
In Wireless Sensor Networks, the base station is usually the only unconditionally trusted entity. If it is not connected for a period of time, the network is left unattended and sensor nodes cannot offload data in real time. Thus, until the base station becomes available, adversaries can compromise some sensor nodes and selectively destroy data. In order to prevent such attacks, providing the so-called data survival, strategies generally employ the use of cryptography in a scenario where decryption keys are exclusively in possession of the base station, which restricts the use of in-network aggregation. In addition, as time increases, mobile adversaries become stronger due to the ability of compromising different sets of nodes. We present a secure protocol that refreshes the state of the network and prevents adversaries from taking advantage of data obtained in prior rounds. The scheme provides security to multiple units of data and allows data aggregation to be performed by nodes. In order to evaluate the performance of the proposed scheme, we carried out measurements on real devices. We analyzed the security of the scheme analytically and through simulations. Results indicate increased time epochs before an adversary succeeds the attack, leading to more probability of data survival. We also apply our protocol to scenarios of heterogeneous networks, namely a public safety network scenario, which is deployed under the paradigm of software-defined networking (SDN).
 
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tese_Mateus.pdf (2.83 Mbytes)
Publishing Date
2015-09-03
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • Pereira. G. C. C. F., et al. SMSCrypto: A Lightweight Cryptographic Framework for Secure SMS Transmission [doi:10.1016/j.jss.2012.11.004]. The Journal of Systems and Software [online], 2012, p. 698-706.
  • SANTOS, M. A. S., et al. Implementation of data survival in unattended Wireless Sensor Networks using cryptography [doi:10.1109/LCN.2010.5735841]. In Fifth IEEE International Workshop on Practical Issues in Building Sensor Network Applications (SenseApp 2010) in conjunction with IEEE LCN 2010, Denver, Colorado, 2010. IEEE 35th Conference on Local Computer Networks (LCN), 2010.New York : IEEE, 2010.
  • SANTOS, M. A. S., et al. Software-Defined Networking Based Capacity Sharing in Hybrid Networks. In Capacity Sharing Workshop (CSWS'13) In conjunction with ICNP'13, Göttingen, Germany, 2013. Proceedings of Capacity Sharing Workshop., 2013.
  • SANTOS, M. A. S., e Margi, Cintia B. TinySharing: Uma Ferramenta para Compartilhamento de Segredos em Redes de Sensores Sem Fio. In XXIX Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos (SBRC) - Salão de Ferramentas, Campo Grande, MS, 2011. Anais do XXIX Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos. : Sociebdade Brasileira de Computação (SBC), 2011. Dispon?vel em: http://sbrc2011.facom.ufms.br/files/sf/ST02_1.pdf.
  • Santos, Mateus A. S., and Margi, Cintia Borges. Design and implementation of data survival in unattended wireless sensor networks [doi:10.1109/PCCC.2011.6108117]. In 2011 IEEE 30th International Performance Computing and Communications Conference (IPCCC), Orlando. 30th IEEE International Performance Computing and Communications Conference. : IEEE, 2011.
  • Santos, Mateus A.S., and Margi, Cintia Borges. A Secure Multi-Party Protocol for Sharing Valuable Information in Public Safety Networks [doi:10.1109/MASS.2011.113]. In 2011 IEEE 8th International Conference on Mobile AdHoc and Sensor Systems (MASS), Valencia. 2011 IEEE Eighth International Conference on Mobile Ad-Hoc and Sensor Systems. : IEEE, 2011.
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