A Novel Cooperative Intrusion Detection System for Mobile Ad Hoc Networks

Mobile ad hoc networks (MANETs) have experienced rapid growth in their use for various military, medical, and commercial scenarios. This is due to their dynamic nature that enables the deployment of such networks, in any target environment, without the need for a pre-existing infrastructure. On the other hand, the unique characteristics of MANETs, such as the lack of central networking points, limited wireless range, and constrained resources, have made the quest for securing such networks a challenging task. A large number of studies have focused on intrusion detection systems (IDSs) as a solid line of defense against various attacks targeting the vulnerable nature of MANETs. Since cooperation between nodes is mandatory to detect complex attacks in real time, various solutions have been proposed to provide cooperative IDSs (CIDSs) in efforts to improve detection efficiency. However, all of these solutions suffer from high rates of false alarms, and they violate the constrained-bandwidth nature of MANETs. To overcome these two problems, this research presented a novel CIDS utilizing the concept of social communities and the Dempster-Shafer theory (DST) of evidence. The concept of social communities was intended to establish reliable cooperative detection reporting while consuming minimal bandwidth. On the other hand, DST targeted decreasing false accusations through honoring partial/lack of evidence obtained solely from reliable sources. Experimental evaluation of the proposed CIDS resulted in consistently high detection rates, low false alarms rates, and low bandwidth consumption. The results of this research demonstrated the viability of applying the social communities concept combined with DST in achieving high detection accuracy and minimized bandwidth consumption throughout the detection process

Caso de estudio de comunicaciones seguras sobre redes móviles <i>ad hoc</i>

En este trabajo se presenta el estudio de un caso de integración de una MANET, desplegada en una zona remota, a una red de infraestructura. La finalidad principal es la de proporcionar, a los nodos de la red ad hoc, acceso “seguro” a un servidor de la red de infraestructura, sin comprometer recursos como ancho de banda y energía que son limitados en la zona de despliegue. Para ello, se implemento un escenario de pruebas que comprende el despliegue de una MANET en zona remota y la integración de la misma a una red de infraestructura a través de la red celular. Sobre el escenario propuesto se establecieron canales de comunicación extremo a extremo, entre un nodo de la MANET y un servidor de infraestructura. Inicialmente, se realizaron pruebas inyectando tráfico de datos sobre un canal “no seguro” para obtener valores de referencia para latencia, throughput y consumo de energía. Luego, se efectuaron las mismas pruebas utilizando canales de comunicación “seguros” configurados sobre protocolos IPSEC y SSL/TLS. Los resultados obtenidos utilizando canales “seguros” fueron comparados con los valores de referencia para determinar las diferencias de consumo de recursos. Las desviaciones que surgieron de estas comparaciones, permitieron: - Establecer el consumo adicional de recursos generado por el uso de protocolos seguros. - Realizar un estudio comparativo de rendimiento, entre diferentes configuraciones de protocolos de seguridad. - Determinar que protocolo seguro se adapta mejor a este tipo de entornos.Facultad de Informátic

Kooperative Angriffserkennung in drahtlosen Ad-hoc- und Infrastrukturnetzen: Anforderungsanalyse, Systementwurf und Umsetzung

Mit der zunehmenden Verbreitung mobiler Endgeräte und Dienste ergeben sich auch neue Herausforderungen für ihre Sicherheit. Diese lassen sich nur teilweise mit herkömmlichen Sicherheitsparadigmen und -mechanismen meistern. Die Gründe hierfür sind in den veränderten Voraussetzungen durch die inhärenten Eigenschaften mobiler Systeme zu suchen. Die vorliegende Arbeit thematisiert am Beispiel von Wireless LANs die Entwicklung von Sicherheitsmechanismen für drahtlose Ad-hoc- und Infrastrukturnetze. Sie stellt dabei den umfassenden Schutz der einzelnen Endgeräte in den Vordergrund, die zur Kompensation fehlender infrastruktureller Sicherheitsmaßnahmen miteinander kooperieren. Den Ausgangspunkt der Arbeit bildet eine Analyse der Charakteristika mobiler Umgebungen, um grundlegende Anforderungen an eine Sicherheitslösung zu identifizieren. Anhand dieser werden existierende Lösungen bewertet und miteinander verglichen. Der so gewonnene Einblick in die Vor- und Nachteile präventiver, reaktiver und angriffstoleranter Mechanismen führt zu der Konzeption einer hybriden universellen Rahmenarchitektur zur Integration beliebiger Sicherheitsmechanismen in einem kooperativen Verbund. Die Validierung des Systementwurfs erfolgt anhand einer zweigeteilten prototypischen Implementierung. Den ersten Teil bildet die Realisierung eines verteilten Network Intrusion Detection Systems als Beispiel für einen Sicherheitsmechanismus. Hierzu wird eine Methodik beschrieben, um anomalie- und missbrauchserkennende Strategien auf beliebige Netzprotokolle anzuwenden. Die Machbarkeit des geschilderten Ansatzes wird am Beispiel von infrastrukturellem WLAN nach IEEE 802.11 demonstriert. Den zweiten Teil der Validierung bildet der Prototyp einer Kooperations-Middleware auf Basis von Peer-to-Peer-Technologien für die gemeinsame Angriffserkennung lose gekoppelter Endgeräte. Dieser kompensiert bisher fehlende Mechanismen zur optimierten Abbildung des Overlay-Netzes auf die physische Struktur drahtloser Netze, indem er nachträglich die räumliche Position mobiler Knoten in die Auswahl eines Kooperationspartners einbezieht. Die zusätzlich definierte Schnittstelle zu einem Vertrauensmanagementsystem ermöglicht die Etablierung von Vertrauensbeziehungen auf Kooperationsebene als wichtige Voraussetzung für den Einsatz in realen Umgebungen. Als Beispiel für ein Vertrauensmanagementsystem wird der Einsatz von Reputationssystemen zur Bewertung der Verlässlichkeit eines mobilen Knotens diskutiert. Neben einem kurzen Abriss zum Stand der Forschung in diesem Gebiet werden dazu zwei Vorschläge für die Gestaltung eines solchen Systems für mobile Ad-hoc-Netze gemacht.The increasing deployment of mobile devices and accompanying services leads to new security challenges. Due to the changed premises caused by particular features of mobile systems, these obstacles cannot be solved solely by traditional security paradigms and mechanisms. Drawing on the example of wireless LANs, this thesis examines the development of security mechanisms for wireless ad hoc and infrastructural networks. It places special emphasis on the comprehensive protection of each single device as well as compensating missing infrastructural security means by cooperation. As a starting point this thesis analyses the characteristics of mobile environments to identify basic requirements for a security solution. Based on these requirements existing preventive, reactive and intrusion tolerant approaches are evaluated. This leads to the conception of a hybrid and universal framework to integrate arbitrary security mechanisms within cooperative formations. The resulting system design is then validated by a twofold prototype implementation. The first part consists of a distributed network intrusion detection system as an example for a security mechanism. After describing a methodology for applying anomaly- as well as misuse-based detection strategies to arbitrary network protocols, the feasibility of this approach is demonstrated for IEEE 802.11 infrastructural wireless LAN. The second part of the validation is represented by the prototype of a P2P-based cooperation middleware for collaborative intrusion detection by loosely coupled devices. Missing mechanisms for the improved mapping of overlay and physical network structures are compensated by subsequently considering the spatial position of a mobile node when choosing a cooperation partner. Furthermore, an additional interface to an external trust management system enables the establishment of trust relationships as a prerequisite for a deployment in real world scenarios. Reputation systems serve as an example of such a trust management system that can be used to estimate the reliability of a mobile node. After outlining the state of the art, two design patterns of a reputation system for mobile ad hoc networks are presented