CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Mạng cảm biến không dây (WSN) Mạng cảm biến không dây (WSN) là một công nghệ mới chỉ một tập hợp số lượng lớn các thiết bị cảm biến sử dụng liên kết không dây phân phối trong không gian tự trị nhỏ và hợp tác với nhau để giám sát, phản ứng với điều kiện môi trường. Sau đó gửi các dữ liệu thu thập được tới một trung tâm chỉ huy sử dụng các kênh không dây. Mạng cảm biến không dây thường được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm cả quân sự, thương mại, dân sự, công nghiệp và khoa học. Ví dụ, giám sát cảnh báo thiên tai, hỗ trợ kiểm tra sự di chuyển và các cơ chế sinh học của côn trùng hoặc các loài sinh vật nhỏ, giám sát chiến trường, trinh sát vùng và lực lượng địch, ứng dụng trong ngôi nhà thông minh … Mạng cảm biến không dây có rất nhiều các ứng dụng tiềm năng.
Bởi vì bản chất của ứng dụng điều khiển trên nó, các cơ sở hạ tầng của một cảm biến mạng không dây dễ dàng thay đổi dẫn đến một loạt các lớp và kiến trúc đa dạng. Dưới đây sẽ mô tả các đặc điểm chính của cảm biến không dây, chú ý rằng không phải tất cả các mạng cảm biến không dây đều có đầy đủ các đặc điểm này. Nút (tài nguyên có giới hạn): Để kích hoạt tính năng lấy mẫu hiệu quả về chi phí trong thế giới thực, cảm biến có những hạn chế về mặt hình thức, yếu tố và chi phí. Kết quả là, các nút cảm biến thường được đánh giá cao qua giới hạn xử lý, bộ nhớ và khả năng giao tiếp.
Bản chất giám sát không dây thường ngầm định là nó không có quyền truy cập vào các nguồn năng lượng tái tạo. Do đó, hiệu quả năng lượng là quan trọng cho việc mở rộng thời gian làm việc của mạng. Dữ liệu định hướng hoạt động: Các đầu vào trong một mạng cảm biến không quan trọng đối với riêng nó, thay vào đó, chúng được dùng như một công cụ để lấy mẫu thế giới vật chất xung quanh chúng. Như vậy, định địa chỉ cá nhân không phải là quan trọng (như là trường hợp của dữ liệu mạng).
Cảm biến có thể được giải quyết bằng vai trò của nó, hoặc ứng dụng khác có khả năng xác định. Ví dụ, người quan sát có thể yêu cầu nhiệt độ trong một khu vực nhất định chứ không phải cho nhiệt độ ở một cảm biến cụ thể. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mô hình truyền thông mới: Các mô hình truyền thông điển hình trong mạng tùy biến không dây truyền thống là điểm tới điểm. Ngược lại, trong mạng cảm biến không dây, lưu lượng truy cập dữ liệu thường chảy từ nhiều nguồn đến một điểm thu gom dữ liệu như là thu thập hoặc chuyển tiếp để đáp ứng yêu cầu truy vấn, hoặc là kết hợp dữ liệu liên quan.
Quy mô lớn: Kích thước của mạng cảm biến không dây thay đổi theo các ứng dụng. Hãy hình dung rằng một số mạng sẽ bao gồm số lượng lớn của cảm biến. Điều này làm cho việc tổ chức, lập trình và gỡ lỗi gặp khó khăn. Yêu cầu thời gian thực: Đối với một số ứng dụng, tính kịp thời của việc nhận dữ liệu làm tăng thời gian khó khăn trong truyền tải.
Dữ liệu thu nhận được muộn là vô dụng, và truyền dữ liệu như vậy có thể làm giảm hiệu suất của toàn mạng. Chức năng chính của một WSN là để phát hiện và báo cáo các sự kiện mà có thể được so sánh và phản ứng nếu vị trí chính xác của các Sự kiện này đã được biết đến. Ngoài ra, trong bất kỳ WSN, các thông tin vị trí của nút đóng một vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu bối cảnh ứng dụng. Có ba ưu điểm nhìn thấy để biết thông tin vị trí của các nút cảm biến.
Đầu tiên, thông tin vị trí là cần thiết để xác định vị trí của một sự kiện quan tâm. Ví dụ, vị trí của một kẻ xâm nhập, vị trí của một tín hiệu dẫn đường, hoặc vị trí của xe tăng đối phương trên chiến trường là cực kỳ quan trọng cho việc triển khai cứu hộ và cứu trợ quân. Thứ hai, thông tin vị trí tạo điều kiện cho các ứng dụng dịch vụ, chẳng hạn như các dịch vụ hướng dẫn vị trí có đưa ra thông tin về các bác sĩ, thiết bị y tế, nhân viên trong một bệnh viện thông minh gần đó, ứng dụng giám sát mục tiêu. Thứ ba, thông tin vị trí có thể hỗ trợ chức năng hệ thống khác nhau, chẳng hạn như định tuyến địa lý kiểm tra sự phủ sóng của mạng, và các thông tin dựa trên truy vấn vị trí.
Do đó, với những lợi thế và nhiều hơn nữa, việc các nút cảm biến tự nhận biết vị trí của nó trở thành tiêu chuẩn của nhà sản xuất trong WSNs ở tất cả các lĩnh vực ứng dụng cung cấp dịch vụ dựa trên vị trí.1 Những thách thức trong WSN WSNs không giống như các mạng khác, do thường được triển khai hoạt động để giám sát và trong môi trường thù địch hay gặp phải vì mưa, tuyết, độ ẩm và nhiệt 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Khi thì sử dụng cho các ứng dụng quân sự như phát hiện bom mìn, giám sát chiến trường, hoặc theo dõi mục tiêu, điều kiện tiếp tục xấu đi. Trong môi trường hoạt động độc đáo như vậy, WSNs phải hoạt động tự chủ và do đó nó phải đối mặt với những thách thức. Một kẻ thù có thể nắm bắt và thỏa hiệp với một hay nhiều bộ cảm biến.
Một khi bị bắt, một nút có thể trở thành kẻ thù. Hiện tại đối thủ có thể làm xáo trộn các nút cảm biến bằng cách tiêm mã độc hại, buộc nút hoạt động sai lệch, chiết các thông tin mã hóa được tổ chức bởi các nút để bỏ qua rào cản an ninh như xác thực và xác minh,. Mặt khác, các đối thủ có thể khởi động các cuộc tấn công từ bên trong hệ thống như là một tên gián điệp, và hầu hết các hệ thống hiện có sẽ thất bại khi đối mặt với các cuộc tấn công bên trong nó.2 Vấn đề an ninh trong WSN Các dạng tấn công Nhiều cuộc tấn công có thể được đưa ra trong hệ thống định vị và hệ thống xác minh thông tin vị trí. Tấn công thay đổi phạm vi: Trong cuộc tấn công này, kẻ tấn công có thể làm giảm hoặc tăng số đo phạm vi giữa các nút bất kỳ.
Trong trường hợp bước nhảy đơn, nếu phép đo được dựa trên RSSI, kẻ tấn công có thể tăng hoặc giảm công suất truyền của người gửi khi người gửi đang bị tổn hại (khi người gửi là một nút bình thường, kẻ tấn công có thể đưa tín hiệu của nó và phát lại với sức mạnh truyền tải thấp hơn hoặc cao hơn). Nếu đo lường là dựa trên ToA và TDoA, kẻ tấn công có thể trì hoãn việc truyền tải các gói dữ liệu. Trong trường hợp đa bước nhảy, để làm sai lệch phạm vi đo, những kẻ tấn công có thể làm giảm hoặc tăng số lượng bước nhảy trong hệ thống DV-hop, và làm giảm hoặc tăng khoảng cách trong mỗi bước nhảy đơn trong các hệ thống DV-distance [2]. Lưu ý rằng cuộc tấn công này có ảnh hưởng trên cả hai hệ thống định vị và hệ thống xác minh vị trí.
Ví dụ, làm giảm phạm vi đo lường giữa nút A và B có thể bóp méo các vị trí ước tính của B nếu A là một nút Anchor, và cũng có thể làm cho sai một tin mà B có trong một khu vực nhất định nếu A là một Virtual Center (VC). Sự mạo danh: Trong cuộc tấn công này, kẻ tấn công đóng vai các nút khác trong mạng. Ví dụ, trong hệ thống định vị, những kẻ tấn công có thể mạo 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com danh các nút Anchor để phát sai thông tin vị trí. Trong các hệ thống xác minh vị trí, kẻ tấn công có thể mạo danh một nạn nhân để thực hiện các xác minh tin rằng nhân chứng là ở vị trí của kẻ tấn công.
Tấn công này có thể bị đánh bại bằng cách xác thực. Tấn công lỗ sâu: Trong cuộc tấn công này kẻ tấn công tạo ra các gói dữ liệu tại một vị trí trong mạng và thỏa hiệp với một nút khác sau đó chúng chuyển thông tin cho nhau thông qua một đường hầm – một hố - và phát lại thông tin [3]. Những kẻ tấn công có thể trực tiếp thực hiện tấn công (tức là, tiếp nhận và phát lại các gói tin với đài tin và đường hầm theo một kênh riêng), hoặc khởi động với hai nút bị tổn hại (ví dụ, một tiếp nhận và một cho phát lại, các đường hầm là hoàn thành bằng cách định tuyến trong WSN). Các cuộc tấn công replay là để cố đợi nghe các gói tin (ví dụ, các gói tin chuyển tiếp nghe từ đèn hiệu), có thể được coi là một cuộc tấn công zero-wormhole với đường hầm dài.
Trong hệ thống định vị, tấn công lỗ sâu làm cho tín hiệu dẫn đường xuất hiện tại nơi khác và làm cho các thông tin thu thập được đưa vào định vị sai. Trong các hệ thống xác minh vị trí, các cuộc tấn công chuyển các gói tin của nạn nhân đến địa điểm khác và làm cho người xác minh tin rằng là nó ở vị trí giả. Tấn công Sybil: Trong cuộc tấn công này, kẻ tấn công đã thu nhiều nút, và sau đó nó có thể là nút thỏa hiệp để giả dạng như một số các nút khác tại cùng thời gian. Ví dụ, trong hệ thống định vị, một nút thỏa hiệp có thể giả dạng như một số các cảnh báo (danh tính của họ là tổn hại bởi những kẻ tấn công), và gửi thông tin sai lệch.
Tấn công tham chiếu vị trí: Trong cuộc tấn công này, kẻ tấn công có thể làm cho các đèn hiệu phát sóng các địa điểm giả, và/ hoặc có thể bóp méo khoảng cách giữa các cảnh báo và các nút thông thường (nghĩa là, có thể chứa các cuộc tấn công thay đổi phạm vi). Kẻ tấn công có thể thay đổi vị trí một phần tham chiếu trong toàn bộ vị trí tham chiếu. Theo mức độ thông minh, các cuộc tấn công có thể được phân thành ba loại: thiếu sự phối hợp các cuộc tấn công, tấn công thông đồng, và các cuộc tấn công gây ô nhiễm. Kịch bản này được thể hiện trong hình 1.