ارائه یک مدل ارتباطی مقاوم در برابر حملات بمنظور مسیریابی امن در شبکه‌های حسگر زیر آب
طیبه نورعلی آهاری
1
(
گروه مدیریت فناوری اطلاعات، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
)
مهدی صادق زاده
2
(
گروه مهندسی کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
)
کلید واژه: اینترنت اشیای زیر آب, کشف همسایه امن, مسیریابی زیر آب, حمله کرم چاله,
چکیده مقاله :
شبکه‌های ارتباط زیرآب با چالش‌هایی مانند مسیریابی، تداخل سیگنال، مصرف انرژی و تهدیدات امنیتی مواجه هستند. اگر چه پروتکل‌های مسیریابی برای محیط‌های زیرآبی به‌منظور مقاومت در برابر اختلالات معمول بهینه شده‌اند، اما برای مقابله با حملات و رفتارهای مخرب گره‌های همسایه به‌طور خاص طراحی نشده‌اند. عوامل اصلی تهدیدات امنیتی در شبکه‌های حسگر زیرآب شامل منبع تغذیه محدود، رسانه‌های ارتباطی محدود و شرایط دشوار ارتباط زیرآب هستند. بنابراین هدف از این پژوهش ارائه مدل ارتباطی مقاوم در برابر حملات مسیریابی امن در شبکه‌های حسگر زیر آب است. بدین منظور دو مدل برای پیوندهای ارتباطی بین هر جفت گره در نظر گرفته شد. سناریو 1، یک مدل پایه مبتنی بر فاصله است. در سناریوی دوم، از یک مدل احتمالی از بهره کانال بین هر جفت گره استفاده گردید. نتایج شبیه‌سازی شامل چهار مرحله: 1) کشف همسایه امن تحت حملات کرم چاله 2) فرآیند کشف مسیر اولیه و انتخاب گره های قابل اعتماد برای انتقال به سینک 3) فرآیند تشخیص حمله در حین توزیع داده بر اساس اطلاعات وضعیت گره‌ها برای شناسایی حمله سیبل و 4) کشف مسیر امن جایگزین برای شناسایی گره‌های مخرب می‌باشد، نشان داد که طرح پیشنهادی به نرخ موفقیت بهتري نسبت به طرح پایه دست یافته و با هزینه‌ی انرژي تحرک کمتري نسبت به روش پایه ، نسبت موفقیت قابل‌مقایسه‌ای را به دست آورده است.
چکیده انگلیسی :
Underwater communication networks face numerous challenges, including routing, signal interference, energy consumption, and security threats. Although routing protocols are optimized for resilience against common disturbances in underwater environments, they are not specifically designed to counter attacks or malicious neighbor nodes. Key security threat factors in underwater sensor networks include limited power sources, constrained communication media, and harsh underwater conditions. Therefore, this research aims to develop a secure communication model resistant to routing attacks in underwater sensor networks. Two communication link models were considered: Scenario 1 uses a basic distance-based model, while Scenario 2 employs a probabilistic channel gain model between node pairs. Simulation results encompass four stages: 1) secure neighbor discovery under wormhole attacks; 2) initial route discovery and selection of reliable nodes for data forwarding to the sink; 3) attack detection during data distribution based on node status information for identifying Sybil attacks; 4) alternative secure path discovery for detecting malicious nodes. The proposed scheme demonstrated higher success rates compared to the basic approach and lower mobility energy costs, achieving comparable success performance.
محدودیت قابلیت‌های پردازشی و ارتباطی در اینترنت اشیا زیرآبی.
شبیه‌سازی انتقال سیگنال‌های راهنما و تشکیل جداول همسایگی در دو مدل ارتباطی.
روش پیشنهادی بالاترین بازده شبکه را در مقایسه با روش پایه‌ای دیگر نشان داد.
[1] aniel J. Jakubisin, Connor McPeak, Jamie Sloop, Securing Route Discovery for the Underwater Inte-
rnet of Things. Bradley Davis Hume Center for National Security and Technology Virginia Tech National Security Institute, Blacksburg, Conferences OCEANS 2022.
[2] Deebak, B. D., & Al-Turjman, F. (2020). A hybrid secure routing and monitoring mechanism in IoT-based wireless sensor networks. Ad Hoc Networks, 97, 102022
[3] Nepali, S. (2020). The Secure and Energy Efficient Data Routing in the IoT based Network.
[4] J. Luo, Y. Chen, M. Wu, and Y. Yang, “A survey of routing protocols for underwater wireless sensor networks,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 23, no. 1, pp. 137–160, 2021.
[5] S. M. Ghoreyshi, A. Shahrabi, and T. Boutaleb, “Void-handling techniques for routing protocols in underwater sensor networks: Survey and challenges,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 19, no. 2, pp. 800–827, Secondquarter 2017.
[6] S. Ghoreyshi, A. Shahrabi, and T. Boutaleb, “A novel cooperative opportunistic routing scheme for underwater sensor networks,” Sensors, vol. 16, no. 3, p. 297, Feb. 2016.
[7] G. Han, J. Jiang, N. Sun, and L. Shu, “Secure communication for underwater acoustic sensor networks,” IEEE Communications Magazine, vol. 53, no. 8, pp. 54–60, Aug. 2015.
[8] G. Yang, L. Dai, and Z. Wei, “Challenges, threats, security issues and new trends of underwater wireless sensor networks,” Sensors, vol. 18, no. 11, p. 3907, Nov. 2018.
[9] H. Kaushal and G. Kaddoum, “Underwater optical wireless communication,” IEEE Access, vol. 4, pp. 1518–1547, 2016.
[10] H. H. Rizvi, R. N. Enam, S. A. Khan, and J. Akram, “A survey on internet of underwater things: Perspective on protocol design for routing,” in 2020 Global Conference on Wireless and Optical Technologies (GCWOT). IEEE, Oct. 2020, pp. 1–8.
[11] V. G. Menon and P. M. J. Prathap, “Comparative analysis of opportunistic routing protocols for underwater acoustic sensor networks,” in 2016 International Conference on Emerging Technological Trends (ICETT). IEEE, Oct. 2016.
[12] M. T. Kheirabadi and M. M. Mohamad, “Greedy routing in underwater acoustic sensor networks: A survey,” International Journal of Distributed Sensor Networks, vol. 9, no. 7, Jul. 2013.
[13] M. Chaudhary, N. Goyal, and A. Mushtaq, Internet of Underwater Things: Challenges, Routing Protocols, and ML Algorithms. John Wiley & Sons, Ltd, 2022, ch. 13, pp. 247–263. [Online]. Available: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9781119763499.ch13
[14] E.-C. Liou, C.-C. Kao, C.-H. Chang, Y.-S. Lin, and C.-J. Huang, “Internet of underwater things: Challenges and routing protocols,” in 2018 IEEE international conference on applied system invention (ICASI). IEEE, 2018, pp. 1171–1174.
[15] S. M. Ghoreyshi, A. Shahrabi, and T. Boutaleb, “A stateless opportunistic routing protocol for underwater sensor networks,” Wireless Communications and Mobile Computing, vol. 2018, pp. 1–18, Nov. 2018.
[16] S. M. Ghoreyshi, A. Shahrabi, and T. Boutaleb, “An inherently void avoidance routing protocol for underwater sensor networks,” in 2015 International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Aug. 2015, pp. 361–365.
[17] N. Javaid, S. Cheema, M. Akbar, N. Alrajeh, M. S. Alabed, and N. Guizani, “Balanced energy consumption based adaptive routing for IoT enabling underwater WSNs,” IEEE Access, vol. 5, pp. 10 040– 10 051, 2017.
[18] Y. Noh, U. Lee, P. Wang, B. S. C. Choi, and M. Gerla, “VAPR: Void-aware pressure routing for underwater sensor networks,” IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 12, no. 5, pp. 895–908, May 2013.
[19] M. Domingo, “Securing underwater wireless communication networks,” IEEE Wireless Communications, vol. 18, no. 1, pp. 22–28, Feb. 2011.
[20] R. Zhang and Y. Zhang, “Wormhole-resilient secure neighbor discovery in underwater acoustic networks,” in 2010 Proceedings IEEE INFOCOM, 2010, pp. 1–9.
[21] P. Qarabaqi and M. Stojanovic, “Modeling the large scale transmission loss in underwater acoustic channels,” in 49th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing (Allerton), 2011, pp. 445–452.