Simulação e estudo experimental de protocolos de encaminhamento seguro com tolerância a intrusões em redes de sensores sem fios de grande escala

Abstract

As redes de sensores sem fios (RSSF) apresentam desafios complexos de segurança, sobretudo quando suportam aplicações críticas e quando operam em cenários de grande escala. Neste tipo de ambientes, as RSSF podem operar geralmente sem supervisão ou com supervisão muito reduzida, podendo estar expostas a várias tipologias de ataques,sejam ataques às comunicações por rádio-frequência, sejam ataques por intrusão com comprometimento dos seus nós. O objectivo da presente dissertação visa o estudo experimental por simulação de protocolos de encaminhamento seguro com mecanismos de tolerância a intrusões, que sejam adequados a suportar RSSF de grande escala e que tenham que operar sem supervisão. Neste estudo é importante que a eficácia e efectividade dos mecanismos de tolerância a intrusões sejam vistos de forma complementar a outras avaliações de impacto, nomeadamente em relação a critérios de fiabilidade, latência, cobertura e consumo energético da rede no seu conjunto e dos seus nós, individualmente. A dissertação insere-se nesta direcção de investigação, realizando o estudo de protocolos de encaminhamento com mecanismos de tolerância a intrusões a partir de uma aproximação experimental por simulação, avaliando o impacto de tipologias de ataques caracterizados na terminologia e literatura das RSSF face à injecção de ataques ou falhas ao nível de nós que possam ter sido comprometidos por um atacante. Nestas tipologias consideram-se ataques por Hello-Flooding, Sinkhole,Wormhole, Sybil, Blackhole e Selective-Forwarding. Os resultados das análises e simulações são confrontados com análises teóricas preliminares da arquitectura, concepção e operação desses protocolos, tendo em conta que aqueles ataques podem ser concretizados através do potencial de ameaça às comunicações, bem como à possível captura e comprometimento dos nós sensores. Os resultados da dissertação incidem sobre a análise de topologias aleatórias de redes de grande escala, entre 1000 a 10.000 nós, e sensores com características similares a sensores do tipo MicaZ ou TelosB da Crossbaw, modelando e simulando condições de operação de sensores em ambiente TinyOS e que usam TinySec como camada primária de segurança das comunicações por rádio-frequência. As simulações e análises realizadas ao longo da dissertação incidiram sobre os sistemas de encaminhamento INSENS e CleanSlate que são referências relevantes na investigação da área dos protocolos de encaminhamento tolerantes a intrusões para RSSF. Dos resultados da dissertação é possível retirar conclusões relevantes sobre o desempenho, operação e condições de segurança esperados nesses protocolos quando operam em condições aproximadas a condições reais. Estes resultados complementam as análises teóricas prévias apresentadas na literatura, e que não cobrem todas as dimensões de estudo desses protocolos nas hipóteses da presente dissertação. Deste modo, a dissertação apresenta uma avaliação mais completa e rigorosa desses protocolos, a partir de um ambiente de simulação para redes em cenários de grande escala, com modelação e injecção de ataques por intrusão.