Privacy preserving protocols for wireless sensor networks

Mgr. Jiří Kůr, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Bezdrátová senzorová síť je heterogenní síť tvořená mnoha malými a levnými zařízeními, která nazýváme uzly, a jedním či několika málo víceúčelovými výpočetními stroji označovanými jako základní stanice. Uzly jsou vybaveny komunikační jednotkou, procesorem, bateriemi a senzory. Mají omezený výpočetní výkon i dostupnou energii. Oproti tomu základní stanice je svým výkonem srovnatelná s notebooky a má téměř neomezenou zásobu energie. Bezdrátové senzorové sítě jsou jednou z všudypřítomných technologií, která nám v blízké budoucnosti umožní snadné a levné monitorování míst, objektů či lidí. Jedno z temných stránek bezdrátových senzorových sítí je bezesporu fakt, že jejich nevhodné použití může snadno vyústit až v narušení soukromí jednotlivých osob. Bezdrátové senzorové sítě totiž často zpracovávají velmi citlivá data. Jedním z příkladů takové sítě může být síť monitorující pohyb osob v budově nebo síť zaznamenávající stav dopravy ve městě. Takováto síť může být použita například k určení přesné polohy osob či automobilů. Pokud se však k informacím o poloze dostane nepovolaná osoba, můžou být informace pramenící ze sítě zneužity například k vydírání nebo k určení a zaměření cíle plánovaného teroristického útoku. Dosavadní vývoj bezpečnosti v bezdrátových senzorových sítí se zabýval především tradičními bezpečnostními otázkami, zejména důvěrností a dostupností. Méně pozornosti bylo věnováno problémům spjatým s ochranou soukromí. Proto bychom se ve své budoucí práci rádi zaměřili právě na otázku ochrany soukromí v bezdrátových senzorových sítích. Jelikož se jedná o velmi širokou oblast, navrhnuli jsme čtyři scénáře, které blíže vymezují řešený problém a mohou být současně využity k ohodnocení kvality navržených řešení. Ve všech těchto scénářích je patrné nebezpečí narušení soukromí. Ve scénářích uvažujeme situace, kdy síť změní svou činnost na základě nějaké události. Touto událostí může být například detekce útočníka, časový údaj nebo třeba příkaz operátora sítě. Sítě tedy mohou průběžně měnit svou činnost a mohou se tak ocitnout v několika různých módech činnosti. Každý tento mód je určen k jinému účelu a alespoň v jednom z těchto módů je chráněno soukromí monitorovaných entit. Bezpečnostní problém vzniká při přechodu z jednoho módu činnosti do jiného. Útočník může zneužít informací nabytých v jistém módu, aby zaútočil na tutéž síť pracující v módu pro ochranu soukromí a pokusil se tak soukromí monitorovaných entit narušit. Našim cílem je tedy prozkoumat současné protokoly pro ochranu soukromí v bezdrátových senzorových sítích ve světle navržených scénářů a s využitím těchto znalostí navrhnout nové protokoly, které by byly pro tyto scénáře vhodné.

Abstract:

A wireless sensor network (WSN) is a heterogenous network composed of a large number of tiny low-cost devices, denoted as nodes, and one or few general-purpose computing devices referred to as base stations. Nodes are equipped with a communication unit, processing unit, battery and sensor(s). Nodes are constrained in processing power and energy, whereas the base stations have laptop capabilities and not severely energy resources. WSNs are becoming one of the building blocks of pervasive computing. They provide a simple, and in the near future also quite likely cheap, mechanism for area and entity monitoring. One of the dark sides of the WSN technology is that an inappropriate use can significantly violate privacy of humans. WSNs are frequently deployed to collect sensitive information. Typical example is a WSN monitoring movements in a building or traffic in a city. Such a network can be used to determine location of people or vehicles. If this information is available on a wide basis it can easily lead to blackmailing or stalking. It can be also exploited by terrorists as a targeting tool to impact specific people or buildings. We feel that lot of effort has been put into ensuring traditional network security properties for WSNs, namely availability and confidentiality, and less attention was paid to privacy measures. Therefore in our future research we aim to propose novel privacy preserving protocols for wireless sensor networks. Since this area is broad, we have proposed four scenarios for WSN applications to set our future work in a rather concrete context for our planned evaluations of proposed protocols (and their settings). These are all scenarios where privacy is of a primary concern. In these scenarios, network behavior changes based on a triggering event or observation of such event. The examples of such trigger range from a detection of an adversary within the network, through a pre-set time, up to a decision made by the network operator. Thus the networks in these scenarios utilize two or more modes of operation. Each mode is intended for a different purpose and at least one of these modes is a privacy-preserving one. Hence the problem is that an adversary can exploit information inferred from a network in one mode to attack the same network in the privacy-preserving mode. Our objective is to examine existing and most likely to propose novel privacy preserving protocols suitable for proposed scenarios and supporting secure and efficient ways to enter and leave the privacy-preserving mode.

Keywords

Privacy, Wireless Sensor Network, Location Privacy, Routing, Security, Bezdrátová senzorová síť, Ochrana soukromí, Směrování, Bezpečnost

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 3. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 25. 5. 2010
• Reader: Prof. Javier Lopez, Dr Joss Wright

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Informatics / Informatics