Tiểu Luận Quản lý khóa động được xây dựng từ cây avl trong mạng cảm biến không dây phân cấp

TÓM TẮT
Mạng cảm biến không dây (WSN) có khả năng bị tấn công rất lớn, đặc biệt là khi sử dụng mạng trong môi trường chiến trường, và các cuộc tấn công đều dựa vào điểm yếu của đường truyền và tài nguyên thông qua kết nối không dây. Kẻ tấn công có thể chiếm quyền điều kiển một nút nào đó để lấy dữ liệu bảo mật quan trọng gồm các khóa được dùng để chứng thức. Vì vậy, cần cung cấp các dịch vụ bảo mật cho mạng cảm biến không dây để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu một giải pháp quản lý khóa động được xây dựng từ cây AVL để nâng cao khả năng bảo mật và hoạt động của mạng. So sánh với các giải pháp bảo mật trước đó, thì ưu điểm chủ yếu của giải pháp này là chúng tôi đưa ra được bảo mật cho mạng trong khi đang chạy bằng cách dùng lược đồ quản lý khóa động, lược đồ này sẽ thay đổi khóa sát với thời gian thực. Giải pháp trên có thể bảo vệ mạng cảm biến không dây hiệu quả khi đối mặt với các loại hình tấn công như nghe trộm hoặc chiếm quyền điều khiển các nút. Thậm chí, nếu kẻ tấn công bẻ được các khóa trong mạng cảm biến không dây thì các phần tử mạng còn lại vẫn an toàn dưới sự bảo vệ của hệ thống cập nhật khóa theo thời gian thực.
1. GIỚI THIỆU
Mạng cảm biến không dây với hàng nghìn các nút cảm biến nhỏ và tiêu thụ năng lượng thấp có thể kiểm soát các môi trường khác nhau hiệu quả bằng cách tập hợp và vận chuyển các thông tin về môi trường. Các nút cảm biến có thể được triển khai dày đặc trong chiến trường hoặc các vùng thành phố để tạo thành một mạng cảm biến không dây diện rộng cho một vùng rộng của các ứng dụng quân sự và dân dụng. Tuy nhiên, vì đặc điểm của mạng hoạt động trong môi trường quan trọng, nên mạng cảm biến không dây là chủ đề được đe dọa nhiều và có khả năng bị tấn công cao. Bởi vậy, hệ thống bảo mật trong mạng cảm biến không dây được yêu cầu cung cấp dữ liệu mật. Như vậy, quản lý khóa trở thành cốt yếu tới hoạt động bảo mật của mạng cảm biến không dây.
Phần lớn các lược đồ quản lý khóa hiện nay tập trung vào khả năng của các khóa session, đã được nghiên cứu kỹ trong bài giảng của mạng cảm biến không dây [5, 6, 8]. Đó là, phần lớn các giải pháp dùng quản lý khóa tĩnh, đã chọn nguyên lý phân bố lại khóa với giả định mạng chỉ tồn tại ngắn và không biến đổi (bổ sung vào mạng là rất ít và các khóa không biến đổi trong mạng). Mỗi khi một hệ thống khóa được chọn, toàn bộ hệ thống bảo mật được thiết lập và cố định. Nhưng khi mạng cảm biến không dây chạy trong thời gian dài mà dùng khóa cố định, khả năng những kẻ tấn công mạng giải mã các khóa bằng cách phân tích các tin nghe trộm được hoặc chiếm quyền điều khiển nút nào đó là rất cao. Trong trường hợp này, toàn bộ hệ thống bảo mật mạng có thể bị đe dọa.
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày giải pháp quản lý khóa động được xây dựng từ cây AVL (viết tắt: ATDK), giải pháp này hướng tới trực tiếp vấn đề của việc cấu hình lại. ATDK là quản lý khóa theo thời gian thực thông qua việc thay đổi khóa theo thời gian thực dựa vào cân bằng độ cao của cây nhị phân. Và ATDK được áp dụng trên mạng cảm biến không dây phân cấp – dùng kỹ thuật LEACH để phân cấp, để bảo vệ mạng cảm biến không dây không chỉ trong giai đoạn triển khai mà còn trong giai đoạn chạy. So sánh với các giải pháp bảo mật khác cùng trong mạng sử dụng kỹ thuật LEACH để phân cấp, ưu điểm cốt lõi của ATDK là giải quyết được bảo mật cho mạng trong thời gian chạy bằng cách dùng giải pháp quản lý khóa động, việc thay đổi khóa gần với thời gian thực.
Bài báo được tổ chức như sau:
- Đoạn 2: Các vấn đề liên quan được tóm tắt ngắn gọn.
- Đoạn 3: Chúng tôi giới thiệu mô hình hệ thống và mô hình tấn công.
- Đoạn 4: Đầu tiên chúng tôi giới thiệu giải pháp phân bố lại khóa ngẫu nhiên và sau đó miêu tả chi tiết giao thức bảo mật - lược đồ quản lý khóa động được xây dựng từ cây AVL.
- Đoạn 5: Chúng tôi đưa ra phân tích bảo mật cho giao thức ATDK.
- Đoạn 6: Chúng tôi kết luận bài báo gồm có tổng kết các ý chính và đưa ra hướng phát triển tiếp.

MỤC LỤC
TÓM TẮT 3
1. GIỚI THIỆU 3
2. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 4
2.1. Các lược đồ quản lý khóa trong mạng cảm biến không dây 4
2.2. Kiến trúc phân cấp 4
2.3. Cây AVL 5
3. MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH TẤN CÔNG 5
3.1. Mô hình hệ thống 5
3.2. Mô hình tấn công 6
4. LƯỢC ĐỒ QUẢN LÝ KHÓA ĐỘNG XÂY DỰNG TỪ CÂY AVL 6
4.1 Phân bố lại khóa ngẫu nhiên 6
4.2. Quản lý khóa mức một xây dựng từ cây AVL 7
4.3. Quản lý khóa mức hai xây dựng từ cây AVL 8
4.4. Lược đồ quản lý khóa động được xây dựng từ cây AVL 9
5. PHÂN TÍCH BẢO MẬT 10
6. KẾT LUẬN 11