Routing and Low-Energy Security in Wireless Sensor Networks
Routage et sécurité à basse consommation d’énergie dans les réseaux de capteurs sans fil
Résumé
Les avancées remarquables dans le domaine des télécommunications ont permis de supprimer les liaisons filaires de transmission fortement encombrantes en les substituant par des supports de communication sans fil. Ces réseaux sont particulièrement utiles dans des endroits disposant de peu d’infrastructures de communication et dont le déploiement est difficile ou ayant des contraintes spatiales et matérielles considérables. Malgré le gain important en flexibilité qu’ils offrent, les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) présentent trois problèmes incontournables. Le premier est la limitation des ressources en termes d’énergie, de mémoire et de temps de calcul. Le deuxième concerne le routage des informations collectées sur le réseau. En effet, le nombre de capteurs déployés, pouvant atteindre des milliers de nœuds, présente une contrainte forte dans la
gestion des routes et le passage à l’échelle dans le réseau. Le troisième est la nature des RCSFs elle-même qui fait du réseau un milieu favorable et vulnérable à des attaques à savoir la falsification, la modification
de données, le déni de service, etc. Dans le cadre de cette thèse, nous avons abordé deux aspects : le routage et la sécurité de bout en bout. Concernant le premier aspect, nous avons proposé une amélioration d’un protocole de routage hiérarchique, ZBR, afin d’optimiser l’acheminement des données d’une source vers une destination utilisant la technologie ZigBee. Des simulations ont été réalisées pour évaluer les performances du routage proposé par ZigBee Alliance tout en le comparant au routage à la demande, AODV, afin d’identifier les caractéristiques du routage hiérarchique ainsi que ses déficiences. Les résultats de simulations ont montré que le routage hiérarchique de base présente de meilleurs délais et taux de délivrance permettant ainsi une disponibilité de service indépendamment de la taille du réseau. Concernant le deuxième aspect, nous avons proposé une nouvelle approche collaborative appelée CKES (Collaborative Key Exchange System) afin de sécuriser les données échangées entre les nœuds dans les RCSFs tout en tenant compte de leurs contraintes énergétiques. Ainsi, nous avons adapté le protocolede sécurité IPSec (Internet Protocol Security), conçu à la base pour sécuriser les échanges de bout en bout sur Internet, aux RCSFs de sorte que les opérations cryptographiques énergivores soient réparties sur un ensemble de nœuds. L’outil NS2 (Network Simulator 2) a été utilisé pour valider notre approche CKES et analyser ses performances en termes d’énergie et d’autres métriques réseaux. Selon les résultats de la simulation, nous avons prouvé que le protocole CKES est plus performant que l’IKEv2 (Internet Key Exchange version 2), une composante d’IPSec, en termes de la consommation énergétique. Cette dernière est liée à la taille des données échangées au niveau de chaque nœud contraint durant les phases d’établissement des associations de sécurité. Nous avons également comparé la consommation énergétique liée au calcul des différentes opérations cryptographiques au niveau de chaque nœud contraint. Ce coût dépend de la complexité des algorithmes de sécurité utilisés ainsi que du nombre des instructions effectuées lors du calcul. Une analyse formelle a été également effectuée à l’aide de l’outil AVISPA (Automated Validation of Internet Security Protocols and Applications) afin de prouver l’efficacité de notre système collaboratif contre les attaques externes et sa capacité à répondre aux critères fondamentaux de la sécurité (authentification, intégrité, confidentialité)
This thesis addresses the routing and low power consumption security in wireless sensor networks (WSNs). Regarding the routing, we elaborated a new version of the hierarchical routing protocol ZBR we called ZBR-M. The latter optimizes the data transmission from a source to a destination using ZigBee technology. According to simulations we performed, the ZBR-M compared to the basic hierarchical routing, presents better delay and delivery rate. Therefore, it enables availability of a service even in a large-scale network. Regarding the security, we have proposed a new approach called CKES Collaborative (Collaborative Key Exchange System) to secure the data exchanged between nodes in WSNs, taking into account their energy constraints. Thus, we adapted the protocol IKEv2 (Internet Key Exchange version 2) to WSNs based on Chinese Remainder Theorem (CRT). Our approach has also been implemented in NS2 to analyze energy consumption compared to IKEv2. According to the results, we proved that the CKES protocol is better than the IKEv2 in terms of energy consumption.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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