TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN SINH VIÊN: KHỔNG MINH TUẤN NGHIÊN CỨU VỀ AN NINH MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY HÀ NỘI, 2015... TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUY
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
SINH VIÊN: KHỔNG MINH TUẤN
NGHIÊN CỨU VỀ AN NINH MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
HÀ NỘI, 2015
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
SINH VIÊN: KHỔNG MINH TUẤN
NGHIÊN CỨU VỀ AN NINH MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Mã ngành: IT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ TRUNG THÀNH
Hà Nội, 2015
Hà Nội, 2015
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, đến nay mọi công việc liên quan đến đồ án tốt nghiệp đã hoàn tất Trong suốt thời gian này, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ Ở phần đầu tiên của đồ án, cho phép em có đôi điều gửi đến những người mà em vô cùng biết ơn
Em xin cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin và Trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và thực hiện báo đồ
án tốt nghiệp này
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Lê Trung Thành đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Công Nghệ Thông Tin
đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu
Cũng xin gửi lời biết ơn đến ba, đến mẹ, những người đã luôn dành những tình yêu thương nhất cho em, những người đã luôn hộ trợ, theo dõi những bước đi của em trong tất cả các năm học vừa qua
Cảm ơn tất cả bạn bè, những người sát cánh cùng nhau những niềm vui, cùng chia sẻ khó khăn của em và đã giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, tháng 6/2015
Sinh viên
Khổng Minh Tuấn
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
Gần đây những tiến bộ công nghệ trong việc thiết kế các bộ vi xử lý, bộ nhớ
và giao tiếp vô tuyến đã thúc đẩy hoạt động tích cực trong lĩnh vực mạng cảm biến được phân bố, trong đó một số độc lập, các nút tự duy trì hợp tác để thực hiện việc thu thập và xử lý thông tin trong thời gian thực Mạng lưới các thiết bị như vậy thường được gọi là mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks - WSN), được hình dung như là một cầu nối giữa các gói băng thông rộng hiện đại mạng dữ liệu và thế giới vật chất WSN có thể được thực hiện trong thời gian thực tập hợp dữ liệu và phân tích trên một quy mô chưa từng có Vì vậy, mạng cảm biến không dây
có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực bao gồm các hệ thống cảnh báo thiên tai, giám sát môi trường, chăm sóc sức khỏe, an toàn và các khu vực chiến lược như trinh sát vệ, giám sát, và phát hiện kẻ xâm nhập
Do tính chất phân bố, giao tiếp multi-hop và triển khai của chúng ở vùng sâu vùng xa, WSN là dễ bị tấn công rất nhiều mối đe dọa về an ninh có thể ảnh hưởng xấu đến hiệu suất Vì vậy, để đảm bảo các chức năng của WSN, an ninh là mối quan tâm đầu tiên và quan trọng nhất trong hầu hết mạng cảm biến không dây Cơ chế an ninh WSN ở thời điểm hiện nay đảm bảo một cuộc tấn công sẽ không xảy ra Ví dụ,
sử dụng một nút bị xâm nhập một kẻ thù có thể thực hiện một cuộc tấn công hoạt động như một nút hợp pháp của mạng để có được tất cả các thông tin Các cuộc tấn công như vậy được gọi là cuộc tấn công nội bộ Vì vậy, điều quan trọng là vấn đề an ninh trong mạng cảm biến không dây đặc biệt bảo vệ mạng cảm biến không dây từ các cuộc tấn công nội bộ, đó là mục đích của đồ án này
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
LỜI MỞ ĐẦU ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH VẼ v
DANH MỤC BẢNG iv
BẢNG TỪ VIẾT TẮT vii
CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA WSN 1
1.1 Cấu trúc và đặc điểm 3
1.2 Sự đóng góp 6
1.3 Mạng cảm biến không dây (WSN) 6
1.4 Đặc điểm của WSN 11
1.5 Cấu trúc của WSN 13
1.5.1 Cấu trúc một node mạng WSN 13
1.5.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 14
1.5.3 Kiến trúc giao thức mạng WSN 16
1.5.4 Ứng dụng của WSN 18
1.5.5 Nền tảng phần cứng hiện nay 19
CHƯƠNG 2 VẤN ĐỀ AN NINH TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 20
2.1 Mối đe dọa trong WSN 21
2.2 Yêu cầu chung an ninh 23
2.3 Thách thức an ninh 24
CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP AN NINH TRONG WSN TỪ CUỘC TẤN CÔNG NỘI BỘ 33
3.1 Mô hình hệ thống 33
3.2 Mô hình cảm biến 34
3.3 Dựa trên Multi-Agent 36
Trang 63.4 Dựa trên cặp khóa thông minh 46
3.5 Dựa trên Cosine đồng dạng 51
3.5.1 Kết quả tích vô hướng 52
3.5.2 Cosin đồng dạng 52
3.5.3 Triển khai mạng trong cảm biến không dây 54
3.6 Đề xuất tài liệu về an ninh WSN từ cuộc tấn công nội bộ 59
KẾT LUẬN 67
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
Trang 7DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Tính phức tạp của WSN 3
Hình 1-2 Các thành phần của một nút cảm biến 14
Hình 1-3 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 16
Hình 1-4 Kiến trúc giao thức của WSN 16
Hình 3-1 Một mô hình của môi trường mạng cảm biến không dây tiêu biểu 37
Hình 3-2 Xây dựng một nút mục tiêu 39
Hình 3-3 Xây dựng một bộ chứa nút 39
Hình 3-4 Xây dựng một nút cảm biến (đường nét đứt) 40
Hình 3-5 Hệ thống Multi-agent để điều khiển nút ngủ và thời gian mở 42
Hình 3-7 Kết quả mô phỏng với ba nút mục tiêu và tốc độ truyền tải 44
Hình 3-8 Kết quả mô phỏng với hai nút mục tiêu và tốc độ truyền dẫn là một đơn vị (bình thường) 44
Hình 3-9 Bộ chứa nút mở ô cửa 45
Hình 3-10 Biểu đồ của việc " tỷ lệ phân bố trung bình được chuẩn hóa " và "tỷ lệ phần trăm các nút bị xâm nhập” 50
Hình 3-11 Mức độ khả năng phục hồi được chuẩn hóa 51
Hình 3-12 Phép chiếu của các vectơ 53
Hình 3-13 Khái niệm việc thực hiện 55
Hình 3-14 Trường cảm biến với phát hiện nút không bình thường 58
Trang 8DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1 Mạng cảm biến không dây và mạng tùy biến không dây 10
Bảng 2-1 Nền tảng cảm biến 24
Bảng 2-2: Lớp dựa trên cuộc tấn công an ninh 27
Bảng 2-3 Lớp dựa trên tấn công DoS 28
Bảng 3-1: SNR cao nhất với các trường hợp khác nhau 45
Trang 9BẢNG TỪ VIẾT TẮT
Mechanism
Cơ chế hành vi nhận dạng bất thường
kỹ thuật số
Research Organisation
Khối thịnh vượng chung khoa học và Tổ chức Nghiên cứu Công nghiệp
Agency
Dự án nâng cao Quốc phòng Cơ quan Nghiên cứu
thống IEEE Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử
phạm tích hợp IHIDS Integrated Hybrid Intrusion Detection
System
Tích hợp lai phát hiện xâm nhập hệ thống
hành vi
Hierarchy
Mức thấp năng lượng thích ứng phân nhóm cấp bậc
truyền thông
Hastings
nhiều đầu ra
nhiên
Trang 10Từ viết tắt Tên tiếng anh Ý nghĩa
thống mở)
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
thu
thanh
Máy vectơ hỗ trợ
sensor Network protocol
Ngưỡng năng lượng cảm biến nhạy cảm hiệu quả giao thức mạng
dụng
cảm biến