Intrusion detection and optimization in wireless sensor networks

Mgr. Martin Stehlík, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Anotácia:

Bezdrátové senzorové sítě lze řadit do rodiny bezdrátových ad hoc sítí. Na rozdíl od běžných ad hoc sítí však mají některá specifika. Základním stavebním kamenem bezdrátové senzorové sítě je senzorový uzel. Jedná se o relativně levné zařízení s omezenou pamětí, jednoduchým mikrokontrolérem a omezenými energetickými zdroji. Po rozmístění a spuštění bezdrátové senzorové sítě je možné ji kontrolovat pouze prostřednictvím základní stanice. Životnost uzlů často končí vybitím baterií. Návrhář sítě by proto měl zohlednit omezené zdroje uzlů. Koncept bezdrátových senzorových sítí otevírá prostor pro mnoho útoků, které se v dřívějších sítích nevyskytovaly. Práce se zaměřuje na odhalení útoků prostřednictvím systému pro detekci průniku běžícím distribuovaně na jednotlivých uzlech. Integrace systému pro detekci průniku do bezdrátové senzorové sítě však přináši další výpočetní a komunikační nároky. Naším cílem je proto implementovat framework, který optimalizuje jednotlivé detekční techniky a umožňuje návrháři sítě výběr optimalizovaného řešení jak s ohledem na přesnost detekce, tak s ohledem na efektivnost vzhledem k energetickým a paměťovým nárokům na jednotlivé senzorové uzly. Vývoj a implementace framework bude navazovat na doktorskou práci Andriye Stetska pod vedením profesora Matyáše. V tezích dizertační práce jsou popsány bezdrátové senzorové sítě a srovnány s bezdrátovými ad hoc sítěmi. Dále je vysvětlen význam systému pro detekci průniku a nutnost jeho optimalizace. Práce shrnuje existující útoky na bezdrátové senzorové sítě a klasifikaci systémů pro detekce průniku a detekční techniky. Věnujeme se rovněž simulátorům pro bezdrátové senzorové sítě, které využívá náš optimalizační framework. Dále jsou zahrnuty optimalizace v bezdrátových senzorových sítích s důrazem na evoluční algoritmy. V neposlední řadě představujeme již navržený optimalizační framework pro systémy pro detekci průniku v bezdrátových senzorových sítích. V práci je představena plánovaná tvorba a implementace fungujicího optimalizačního framework pro detekci průniku v bezdrátových senzorových sítích. Vytvořený framework by měl navrhovat vhodná řešení pro bezdrátové senzorové sítě pracující v různých prostředích a detekovat rozdílné typy útoků.

Abstract:

Wireless sensor networks (WSNs) are a type of ad hoc wireless networks with several specifics. A sensor node that is a building block of the WSNs is a low-cost device highly restricted in its resources regarding to the size of memory, the microcontroller performance and last but not least the energy supply limited by the battery capacity. The sensor nodes after the deployment are usually not managed by a human user; they can be controlled only through a base station (BS) and their life ends at the moment of the total battery depletion. Hence, the WSN has to be deployed with respect to these restrictions. The concept of the WSNs opens an area for novel attacks. We believe that at least some of them can be detected by an intrusion detection system (IDS) running on the sensor nodes in a distributive and collaborative manner. Since the IDS necessary brings an overhead to the computation and wireless communication of the sensor nodes, it should be deployed with respect to the restricted WSN. Our goal is to implement an IDS optimization framework based on proposal and work of Andriy Stetsko and Vashek Matyas. In this work we introduce the WSNs, compare them with “ordinary” wireless ad hoc networks and present the importance of the IDS and optimization of the detection techniques. We survey the attacks existing in the field of the WSNs, classify the IDSs, present available simulators usable for optimization of the WSNs and finally focus on optimization issues in WSNs with an emphasis on evolutionary algorithms. Finally, we present the planned work towards working IDS optimization framework incorporating suitable optimization algorithms that will optimize various detection techniques working in different environments.

Keywords

Intrusion detection system, IDS, Wireless sensor network, WSN, Simulator, Optimization, Evolutionary algorithm.

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 3. 2013

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 21. 5. 2013
• Oponent: doc. RNDr. Eva Hladká, Ph.D., prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / odbor:
Informatics / Information Technology Security