A Secure Protocol against Selfish and Pollution Attacker Misbehavior in Clustered WSNs - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Electronics Année : 2021

A Secure Protocol against Selfish and Pollution Attacker Misbehavior in Clustered WSNs

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Résumé

Wireless sensor networks (WSNs) have been widely used for applications in numerous fields. One of the main challenges is the limited energy resources when designing secure routing in such networks. Hierarchical organization of nodes in the network can make efficient use of their resources. In this case, a subset of nodes, the cluster heads (CHs), is entrusted with transmitting messages from cluster nodes to the base station (BS). However, the existence of selfish or pollution attacker nodes in the network causes data transmission failure and damages the network availability and integrity. Mainly, when critical nodes like CH nodes misbehave by refusing to forward data to the BS, by modifying data in transit or by injecting polluted data, the whole network becomes defective. This paper presents a secure protocol against selfish and pollution attacker misbehavior in clustered WSNs, known as (SSP). It aims to thwart both selfish and pollution attacker misbehaviors, the former being a form of a Denial of Service (DoS) attack. In addition, it maintains a level of confidentiality against eavesdroppers. Based on a random linear network coding (NC) technique, the protocol uses pre-loaded matrices within sensor nodes to conceive a larger number of new packets from a set of initial data packets, thus creating data redundancy. Then, it transmits them through separate paths to the BS. Furthermore, it detects misbehaving nodes among CHs and executes a punishment mechanism using a control counter. The security analysis and simulation results demonstrate that the proposed solution is not only capable of preventing and detecting DoS attacks as well as pollution attacks, but can also maintain scalable and stable routing for large networks. The protocol means 100% of messages are successfully recovered and received at the BS when the percentage of lost packets is around 20%. Moreover, when the number of misbehaving nodes executing pollution attacks reaches a certain threshold, SSP scores a reception rate of correctly reconstructed messages equal to 100%. If the SSP protocol is not applied, the rate of reception of correctly reconstructed messages is reduced by 90% at the same case.
Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) ont été largement utilisés pour des applications dans de nombreux domaines. L'un des principaux défis réside dans les ressources énergétiques limitées lors de la conception d'un routage sécurisé dans de tels réseaux. L'organisation hiérarchique des nœuds du réseau permet d'utiliser efficacement leurs ressources. Dans ce cas, un sous-ensemble de nœuds, les clusterheads (CHs), est chargé de transmettre les messages des nœuds de cluster à la station de base (BS). Cependant, l'existence de nœuds d'attaquants égoïstes ou polluants dans le réseau provoque une défaillance de la transmission des données et endommage la disponibilité et l'intégrité du réseau. Principalement, lorsque des nœuds critiques comme les nœuds CH se comportent mal en refusant de transmettre des données à la BS, en modifiant des données en transit ou en injectant des données polluées, tout le réseau devient défectueux. Cet article présente un protocole sécurisé contre les mauvais comportements des attaquants égoïstes et polluants dans les WSN en cluster, connu sous le nom de (SSP). Il vise à contrecarrer les comportements inappropriés des attaquants égoïstes et polluants, le premier étant une forme d'attaque par déni de service (DoS). De plus, il maintient un niveau de confidentialité contre les indiscrets. Basé sur une technique de codage de réseau linéaire aléatoire (NC), le protocole utilise des matrices préchargées dans les nœuds de capteurs pour concevoir un plus grand nombre de nouveaux paquets à partir d'un ensemble de paquets de données initiaux, créant ainsi une redondance des données. Ensuite, il les transmet par des chemins séparés à la BS. De plus, il détecte les nœuds qui se comportent mal parmi les CH et exécute un mécanisme de punition à l'aide d'un compteur de contrôle. L'analyse de sécurité et les résultats de simulation démontrent que la solution proposée est non seulement capable de prévenir et de détecter les attaques DoS ainsi que les attaques de pollution, mais peut également maintenir un routage évolutif et stable pour les grands réseaux. Le protocole signifie que 100 % des messages sont récupérés et reçus avec succès au niveau de la BS lorsque le pourcentage de paquets perdus est d'environ 20 %. De plus, lorsque le nombre de nœuds se comportant mal exécutant des attaques de pollution atteint un certain seuil, SSP obtient un taux de réception de messages correctement reconstruits égal à 100 %. Si le protocole SSP n'est pas appliqué, le taux de réception de messages correctement reconstruits est réduit de 90% dans le même cas.

Dates et versions

hal-03448369 , version 1 (25-11-2021)

Identifiants

Citer

Hana Rhim, Damien Sauveron, Ryma Abassi, Karim Tamine, Sihem Guemara. A Secure Protocol against Selfish and Pollution Attacker Misbehavior in Clustered WSNs. Electronics, 2021, 10 (11), pp.1244. ⟨10.3390/electronics10111244⟩. ⟨hal-03448369⟩
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