Secure routing and medium access protocols in wireless multi-hop networks

par Soufiene Djahel

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Farid Naït-Abdesselam.

Soutenue le 03-12-2010

à Lille 1 .

  • Titre traduit

    Sécurité des protocoles de routage et d’accès au médium dans les réseaux sans fil multi-sauts


  • Résumé

    Récemment, les comportements malveillants dans les réseaux sans fil multi-sauts ont attiré l’attention de la communauté scientifique. La prolifération rapide du nombre de dispositifs sans fil ainsi que la diversification des applications basées sur ces réseaux ont grandement contribué à l’amélioration de la qualité de vie ainsi que la modernisation de la société. Cependant, la nécessité de sécuri ser ces réseaux et de garantir la robustesse de leurs services est devenue une préoccupation majeure. En effet, les caractéristiques spécifiques de ces réseaux, telles que l’absence d’infrastructure et l’absence d’une entité centrale de confiance, font que les réponses à leurs problèmes de sécurité sont tout à fait différentes de celles des réseaux filaires. De plus, le manque de confiance entre les nœuds rend ces problèmes encore plus critiques. L’objectif de cette thèse vise à contribuer au renforcement de la sécurité dans les réseaux sans fil multi-sauts. Elle se focalise sur l’étude des comportements malveillants au niveau des couches MAC et réseau. Nous nous intéressons au développement de nouvelles solutions pour faire face à l’attaque du trou noir ”Black hole” dans le contexte du protocole OLSR, ainsi qu’analyser le comportement des nœuds cupides ”Greedy” au niveau de la couche MAC, dans toutes ses versions.Une attaque de trou noir peut être menée suivant deux scénarios. Le premier scénario consiste à lancer l’attaque, exclusivement, au niveau de la couche réseau. Le second scénario consiste en une attaque multi-couches. Dans le cadre de cette thèse, nous analysons l’impact de ces deux types d’attaques et proposons des contre-mesures appropriées. Au niveau de la couche MAC, nous étudions particulièrement le comportement cupide adaptatif dans le cadre des réseaux sans fil maillés et nous proposons une solution originale baptisée, FLSAC, afin de prévenir ce type de menace. Dans le cadre des réseaux mobiles ad hoc (MANETs), nous définissons un nouveau modèle de comportement des nœuds cupides. Nous développons aussi un nouvel algorithme de backoff, dont l’avantage principal est d’assurer une détection rapide des nœuds cupides non conformes aux spécifications du protocole IEEE802.11. Cet algorithme offre un mécanisme de réaction qui incite un nœud cupide à se comporter correctement en lui donnant la chance de se repentir après détection.


  • Résumé

    While the rapid proliferation of mobile devices along with the tremendous growth of various applications using wireless multi-hop networks have significantly facilitate our human life, securing and ensuring high quality services of these networks are still a primary concern. In particular, anomalous protocol operation in wireless multi-hop networks has recently received considerable attention in the research community. These relevant security issues are fundamentally different from those of wireline networks due to the special characteristics of wireless multi-hop networks, such as the limited energy resources and the lack of centralized control. These issues are extremely hard to cope with due to the absence of trust relationships between the nodes.To enhance security in wireless multi-hop networks, this dissertation addresses both MAC and routing layers misbehaviors issues, with main focuses on thwarting black hole attack in proactive routing protocols like OLSR, and greedy behavior in IEEE 802.11 MAC protocol. Our contributions are briefly summarized as follows. As for black hole attack, we analyze two types of attack scenarios: one is launched at routing layer, and the other is cross layer. We then provide comprehensive analysis on the consequences of this attack and propose effective countermeasures. As for MAC layer misbehavior, we particularly study the adaptive greedy behavior in the context of Wireless Mesh Networks (WMNs) and propose FLSAC (Fuzzy Logic based scheme to Struggle against Adaptive Cheaters) to cope with it. A new characterization of the greedy behavior in Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) is also introduced. Finally, we design a new backoff scheme to quickly detect the greedy nodes that do not comply with IEEE 802.11 MAC protocol, together with a reaction scheme that encourages the greedy nodes to become honest rather than punishing them.


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