Cryptographic Algorithms and Protocols for Security and Privacy in Wireless Ad Hoc Networks (Algoritmen en protocollen voor beveiliging en privacy in draadloze ad-hoc netwerken)

Abstract

Draadloze ad-hoc netwerken zijn de volgende evolutionaire stap in digitale communicatiesystemen. Vooraleer deze netwerken op grote schaal ingezet kunnen worden, zal men de nodige maatregelen moeten ondernemen om de beveiliging en privacy van de gebruikers en hun gegevens te kunnen garanderen. Zonder extra maatregelen is het eenvoudig om draadloze communicatie te onderscheppen en de activiteiten van de gebruikers te volgen. Het ontwerp van deze maatregelen wordt bemoeilijkt door de specifieke eigenschappen van ad-hoc netwerken, in het bijzonder de afwezigheid van vaste servers en de beperkte rekenkracht, rekencapaciteit, geheugen, bandbreedte en energievoorraad van de mobiele toestellen. Dit resulteert dan ook in een boeiend en uitdagend onderzoeksdomein. Deze thesis is gericht op het oplossen van een aantal belangrijke beveiligingsproblemen. De thesis begint met een overzicht van de efficiëntie van de belangrijkste cryptografische primitieven: blok- en stroomcijfers, hashfuncties, publieke-sleutelvercijferingsalgoritmen en digitale handtekeningen. Efficiëntie betekent hier het aantal processorcycli (of energieverbruik) per Byte of per operatie. De informatie die hier verzameld is, werd gebruikt in het ontwerp van de protocollen die in deze thesis gepresenteerd worden. Eénmalige-handtekeningschema's, die gebaseerd zijn op een éénwegsfunctie, zijn interessant voor toestellen met beperkte capaciteiten, aangezien zij efficiënt geïmplementeerd kunnen worden op basis van blokcijfers of hashfuncties. Het nadeel van deze schema's is echter dat ze erg grote sleutels nodig hebben die slechts éénmaal gebruikt kunnen worden. Deze thesis evalueert de globale performantie van verschillende éénmalige-handtekeningschema's en authentiseringsmechanismen voor publieke sleutels; en vergelijkt deze met conventionele schema's. Deze thesis stelt een constructie voor om éénmalige-handtekeningschema's om te zetten naar een drempelschema. In dit schema kunnen een aantal knopen samenwerken om een handtekening te plaatsen. Deze vorm van samenwerking kan bruikbaar zijn daar zij toelaat een zware taak te verdelen over verschillende toestellen. Dit schema wordt vervolgens gebruikt om een volledig authentiseringsmechanisme voor sensornetwerken te ontwerpen. Het afspreken van geheime sleutels is niet eenvoudig in ad-hoc netwerken door de afwezigheid van vaste servers. Deze thesis stelt een mechanisme voor om geheime sleutels af te spreken in een dynamisch ad-hoc netwerk. Om het systeem zo efficiënt mogelijk te houden, maken we geen gebruik van publieke-sleutelcryptografie. Het schema werkt autonoom, zonder hulp van vaste knopen die dienst doen als sleutelverdelingscentra. Dit schema wordt vervolgens geïntegreerd in een routeringsprotocol voor ad-hoc netwerken. De veiligheid en de efficiëntie van het protocol worden geanalyseerd. Ten slotte handelt deze thesis ook over privacy in ad-hoc netwerken. De thesis geeft een volledig overzicht en analyse van de state-of-the-art van anonieme routeringsprotocollen voor ad-hoc netwerken. Na deze analyse volgt de beschrijving van een nieuw anoniem routeringsprotocol dat bestaande protocollen tracht te verbeteren op twee gebieden: efficiëntie en anonimiteit. De veiligheid en efficiëntie van het schema worden geanalyseerd.1. Introduction 2. Efficiency of Cryptographic Primitives 3. Efficiency of One-Time Signature Schemes 4. Efficient Cooperative Signatures 5. Dynamic Key Establishment 6. Privacy in Ad Hoc Networks 7. Conclusions and Future Researchstatus: publishe