IEEE 802.15.4기반 센서 네트워크에서의 슬립거부 공격 분석 및 탐지 메커니즘

Abstract

Wireless sensor networks consist of many sensor nodes that collaborate among themselves to sensing, process, analyze and disseminate data. In wireless sensor networks, sensor nodes are powered by batteries, and have limited computing resources. Security in sensor networks is challenging problem due to the nature of wireless communication and the lack of resources. DoS(Denial of Service) attack is main attack in sensor networks. Especially, Denial of Sleep attack is one of DoS attack in MAC layer. In this thesis, we study Denial of Service attack cases in IEEE 802.15.4. In order to protect against attacks, it is necessary to know how an attacker can attack a sensor network. I analyze Denial of Sleep attack has occurred in IEEE 802.15.4. I propose detection mechanism for Denial of Sleep attacks in Sensor Network based on 802.15.4. With the simulation we study how an attacker affects the sensor. After we understand the features of inside attacker, I propose a detect mechanism using node interval information and signal strength information. I analyze the efficiency of our mechanism through comparing the amount request message between attack case and our proposed case with analysis and simulation with QualNet simulator. I also analyze the efficiency of my mechanism through comparing the amount energy between attack case and my proposed case.;IEEE 802.15.4 표준기술은 센서 네트워크에서 저 전력을 위한 기술로 Low Rate-Wireless Personal Area Networks(LR-WPANs)의 물리계층과 MAC부계층을 규정한다. 이 표준은 무선 센서, 무선 허브, 가상 선(Virtual Wire)과 같은 제한된 출력과 성능으로 간단한 단거리 무선 통신을 필요로 하는 폭넓은 응용에 사용될 수 있다. IEEE 802.15.4 표준기술을 적용한 센서 네트워크에서의 보안은 현재 미비한 상태로서 DoS(Denial of Service) 공격은 주요한 취약점이다. IEEE 802.15.4의 물리계층과 MAC계층 중에서 MAC계층을 중점으로 하여 발생하는 서비스거부(DoS: Denial of Service)공격들을 분석하고 서비스거부 공격 중 특화된 공격인 슬립거부 공격을 분석하고 이를 탐지 및 대응하는 메커니즘을 제안한다. IEEE 802.15.4에서 디바이스는 채널 스캔을 통하여 사용 가능한 채널을 선택하고 팬 코디네이터에 의해 구성된 PAN에 연합하여 팬 코디네이터와 디바이스 간의 동기화를 맞춘다. 그 후 팬 코디네이터가 GTS를 할당하고 디바이스와 코디네이터 간의 필요한 패킷을 전송한다. 본 논문에서는 위의 과정 중에서 채널 스캔 동작 동안의 디바이스와 팬 코디네이터 간의 Beacon Request 메시지 위조를 통한 공격과 연합 동작 동안의 디바이스와 팬 코디네이터 간의 Association Request 메시지를 위조하는 공격을 가정한다. 이에 제안되는 메커니즘은 다음과 같다. 팬 코디네이터는 정상 네트워크가 운영되는 동안 디바이스로부터 평균 interval, 노드 ID, 신호세기 등을 저장하고 모니터링 한다. 테이블의 요소들을 비교, 분석하여 공격을 식별하여 탐지하면 팬 코디네이터는 그 후에 도착하는 공격 디바이스의 메시지를 무시하거나 공격 디바이스를 블랙리스트에 추가하여 나중 슈퍼프레임 구간의 GTS 할당에 제외하여 공격으로부터 대응 할 수 있다. Sensor QualNet 시뮬레이션 툴을 사용하여 IEEE 802.15.4기반의 센서 네트워크를 가정하여 시뮬레이션을 진행한다. 슬립거부 공격을 받은 경우의 노드 에너지 소모량과 연합을 위한 소요시간을 비교, 분석하고 제안된 메커니즘을 적용한 경우의 성능 등을 비교, 분석하여 제안 메커니즘의 우수성을 보인다.