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18 de Janeiro de 2010 Dynamic Source Routing Segurança em Redes Móveis Elaborado por: Luís Ricardo Fonseca Instituto Superior Técnico.

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1 18 de Janeiro de 2010 Dynamic Source Routing Segurança em Redes Móveis Elaborado por: Luís Ricardo Fonseca Instituto Superior Técnico

2 A. Protocolos de rotas B. Reactivos vs Proactivos C. DSR C.1. Detalhe C.2. Mecanismos C.3. Características C.4. Optimizações C.5. Ataques D. Bibliografia Indice Dynamic Source Routing 2 / 17

3 A. Protocolos de rotas Um protocolo de rotas (routing protocol) especifica como um conjunto (rede) de sensores comunicam entre si. Recorrendo a algoritmos que permitem seleccionar rotas entre dois nós. Os protocolos podem ser classificados consoante o modo como efectuam a selecção das rotas em: Reactivos ou On-demand; Proactivos. Dynamic Source Routing 3 / 17

4 B. Reactivos vs Proactivos Reactivos ou On-demand: rotas entre nós são determinadas apenas quando surge a necessidade de enviar pacotes de dados. Os protocolos reactivos funcionam por inundação da rede com mensagens de route request. Proactivos: rotas entre nós são determinadas antes de surgir a necessidade de enviar pacotes de dados. Normalmente, é feita a actualização periódica das rotas entre nós, bem como, sempre que há alterações na topologia de rede. Dynamic Source Routing 4 / 17

5 B. Reactivos vs Proactivos TopologiaVantagensDesvantagens Reactivos Utilização dos recursos (largura de banda, memória, energia, etc.) apenas quando necessário, determinando as rotas apenas na altura de transmissão de informação. Possível atraso no início da transmissão, pela necessidade de determinar a rota. Proactivos Minimizam o atraso inicial no envio de mensagens porque determinam as rotas previamente. Consumo elevado de recursos, devido à actividade de actualização periódica de rotas, especialmente quando ocorrem alterações frequentes de topologia. Dynamic Source Routing 5 / 17

6 C.1. DSR – Detalhe (Descrição) O DSR (Dynamic Source Routing) é um protocolo de rotas reactivo desenhado para gestão de MANETs (Mobile Ad-hoc NETworks) sendo a rota estabelecida a partir do nó inicializador (Source Routing), com o envio de mensagem de route request. Os padrões do protocolo são descritos no RFC São gerados 3 tipos distintos de mensagens: Route Request; Route Reply; Route Error. Em termos de requisitos de memória, cada nó armazena em cache as rotas determinadas a partir dele próprio, a lista de pares (nó inicializador, request id) dos route requests que recebe, e a sequência de request ids gerados. Dynamic Source Routing 6 / 17

7 C.1. DSR – Detalhe (Definições) Route Request: mensagem enviada pelo nó inicializador para todos os nós vizinhos que por sua vez procedem ao seu reencaminhamento até chegar ao nó de destino. Tem o seguinte formato: constituído pelos nós de origem e destino, um request id (identificador único) definido pelo inicializador de acordo com uma sequência, e a sequência de todos os nós que a mensagem de Route Request percorreu até ao momento (Route Record). Route Reply: mensagem enviada pelo nó destino para o nó inicializador. Tem o seguinte formato:. Route Error: mensagem enviada pelo nó que identificou a falha na rota, com informação da ligação que falhou, com o seguinte formato:. Route Source: sequência de nós (rota) desde o nó inicializador até ao nó destino. Route Cache (de um nó): armazena todas as Route Sources desse nó que foram determinadas até ao momento. Cada elemento (Route Source) da Route Cache tem associado um período de validade, ao fim do qual é eliminado da Route Cache. Dynamic Source Routing 7 / 17

8 C.2. DSR – Mecanismos O DSR é composto por 2 mecanismos Route Discovery" e "Route Maintenance", que funcionam em conjunto para descobrir e manter rotas em redes. Estes 2 mecanismos são desencadeados on-demand, de forma reactiva, quando é necessário determinar uma rota ou surgem alterações a uma determinada rota. Route Discovery: mecanismo que permite a um nó I (inicializador), que pretende enviar uma mensagem para um nó D (destino), obter uma rota de I para D. Route Maintenance: detecta se a topologia da rede sofreu alterações e permite ao nó inicializador decidir se deverá ser utilizada uma rota alternativa ou se deverá ser executado o Route Discovery para encontrar uma nova rota. O DSR utiliza "soft states, isto é, as rotas são determinadas de acordo com as necessidades, permitindo que o protocolo seja robusto face a problemas como falha de nós. Por exemplo, um nó que falhe e reinicie pode juntar-se de novo à rede, após reiniciar, sem qualquer interferência na execução do protocolo. Dynamic Source Routing 8 / 17

9 C.2. DSR – Mecanismos (Route Discovery) Route Discovery (de I para D) Cada nó mantém uma lista de pares (nó inicializador, request id), permitindo detectar a recepção de requests duplicados. Se o nó I (inicializador) tem na Route Cache uma rota para o nó D (destino), então utiliza essa rota, caso contrário é executado o algoritmo: 1.O nó I envia uma mensagem de Route Request para os nós vizinhos, inundando a rede. 2.Executa-se o seguinte ciclo até encontrar o nó destino D. Para cada nó N que recebe o Route Request: 1.Se o par (nó inicializador, request id) para esta requisição já estiver na lista de pares do nó N, então o nó N ignora a mensagem e não faz nada. (Assim, o nó N não processará o mesmo Route Request mais do que uma vez). 2.Caso não se verifique 1, se o nó N já estiver no Route Record, então o nó N ignora o Route Request. (Garantia de não ocorrência de loops). 3.Caso não se verifique 1 e 2, se o nó N for o nó destino, ou N tiver em cache uma rota para o nó destino (que não inclui nenhum nó do Route Record, para evitar loops), então devolve um Route Reply para o nó I, contendo todo o caminho (Route Record). Para tal, ele verifica se tem alguma rota em cache para o nó I. Se tiver, utiliza-a, caso contrário, utiliza a mesma rota no sentido inverso. O nó I recebe o Route Reply, guardando o caminho na Route Cache de modo a utilizá-lo no envio de pacotes de dados para D. 4.Caso não se verifique 1, 2 e 3, N faz o forward do Route Request para todos os nós vizinhos (com excepção do nó que o precedeu). Dynamic Source Routing 9 / 17

10 Dynamic Source Routing Route Request: O nó 1 envia o Route Request, com a identificação do nó de início (1) e de destino (5) ao seu nó vizinho (2). O nó 2 reencaminha para os nós 3 e 4. Como o nó 3 tem em cache um caminho para o nó destino, não reencaminha o Route Request. O nó 4 reencaminha o Route Request para o 5, que é o nó destino. Route Reply: O nó 5 envia um Route Reply para o nó 1 (inicializador) com a rota determinada; O nó 3 envia um Route Reply para o nó 1 com a concatenação da rota determinada de 1 para 3 e a rota que tem em cache de 3 para o nó 5 (destino). C.2. DSR – Mecanismos (Route Discovery) 10 / 17

11 C.2. DSR – Mecanismos (Route Maintenance) Route Maintenace: O procedimento de manutenção de rotas monitoriza todas as rotas a partir dos nós que fazem parte da rede. Portanto, quando um nó envia uma mensagem, o mesmo é responsável pela confirmação de que a mensagem foi recebida pelo nó seguinte. 1.Quando um nó não recebe a confirmação de recepção (de um pacote de dados) do nó para o qual efectuou o envio, após tentar enviar um número máximo de vezes (definido), envia uma mensagem de Route Error para o nó inicializador. 2.O nó inicializador recebe a mensagem de Route Error e remove da route cache as Route Sources que contêm a ligação que falhou. 1.Se o nó inicializador tiver uma Route Source alternativa na Route Cache, então utiliza-a; 2.Caso não se verifique 1 então o nó inicializador inicia a fase de Route Discovery, para encontrar caminhos de I para D, enviando uma mensagem de Route Request a todos os nós vizinhos. Dynamic Source Routing 11 / 17

12 Dynamic Source Routing Route Error: O nó C após um determinado número de tentativas falhadas de envio de um pacote de dados para D, envia uma mensagem de Route Error para o nó inicializador A, indicando que houve uma falha na ligação C->D. C.2. DSR – Mecanismos (Route Maintenance) 12 / 17

13 C.3. DSR – Características Rotas múltiplas para qualquer nó destino, sendo o nó inicializador a escolher as rotas a utilizar. Permite assim uma reacção rápida a alterações de rota, podendo utilizar rotas alternativas em cache, bem como o balanceamento de cargas (load balancing); Inexistência de loops garantida; Aplicável em redes com ligações unidireccionais (adaptável); Utilização de soft states; Menor consumo de recursos, uma vez que não é necessário proceder à actualização periódica de tabelas de rotas; Menor consumo de recursos, pela utilização de informação de rotas em cache: pelos nós intermédios, permite reduzir o número de níveis a incluir na pesquisa; pelo nó inicializador, que só tenta encontrar um caminho para um nó destino, se não tiver em cache nenhuma rota para o mesmo; Menor consumo de largura de banda porque não são utilizadas hello messages; O procedimento de manutenção (Route Maintenance) não permite reparar uma ligação que tenha falhado entre 2 nós. Apenas é feita a comunicação da ocorrência ao nó inicializador, que posteriormente toma uma decisão sobre a solução a adoptar. Dynamic Source Routing 13 / 17

14 C.4. DSR – Optimizações Aproveitamento da Cache: Cada nó (no percurso do Route Request) guarda em cache o Route Record da mensagem encaminhada, permitindo posteriormente utilizar essa rota (entre nó inicializador e ele mesmo); Limitar o número de níveis percorridos pelo Route Request a partir da origem (que poderá ser incrementado sucessivamente caso não seja obtida resposta após um determinado período de tempo), permitindo evitar difusão de mensagens por toda a rede, para além dos nós estritamente necessários. Escolha do melhor caminho: Quando o nó de destino não tem uma rota em cache para o nó inicializador, executa o processo de Route Discovery para o nó inicializador, adicionando a nova rota à rota recebida na mensagem de Route Request (permitindo, em alguns casos, obter uma rota melhor do que a determinada anteriormente, e que poderá ser guardada e utilizada pelo nó inicializador). Dynamic Source Routing 14 / 17

15 C.5. DSR – Ataques O DSR funciona com um modelo de confiança cega nos vizinhos. Adicionalmente, não existe autenticação entre as partes que comunicam, nem encriptação das mensagens trocadas, não sendo garantida a confidencialidade e integridade da informação trocada, estando por isso o protocolo vulnerável a vários ataques: Dynamic Source Routing 15 / 17 TopologiaNósMeioAtaqueSolução Externos-- Nós sem autorização e não confiáveis. Utilizar mecanismos de autenticação. Ataques de Physical layer (Jamming e Tampering). Detectar zona de jamming e contorná-la; esconder sensores. Vírus. Utilizar antí-virus. Internos Nós que falham Route Discovery Falha no envio de Route Requests e/ou Route Replys. Utilizar rota alternativa. Route Maintenance Falha no envio de Route Errors. - Falha no envio de pacotes de dados. Nós egoístas - Mesmo comportamento que nós que falham (não enviam mensagens). Utilizar rota alternativa. Mantêm as rotas para si mesmos (motivo: poupança de energia) Ignoram Route Requests e/ou Route Replys e/ou Route Errors. Ignoram pacotes de dados.

16 Dynamic Source Routing C.5. DSR – Ataques 16 / 17 TopologiaNósMeioAtaqueSolução Internos Nós maliciosos Ameaça à integridade da rede Route Requests errados: » Criação e envio de Route Requests para esgotamento de recursos; » Não enviar Route Requests, para impedir determinação de rotas. Utilizar mecanismos de autenticação e de encriptação de mensagens. Route Replys errados: » Envio de Route Replys errados (rotas erradas); » Circular informação de Route Records por nós maliciosos; » Não enviar Route Replys, para impedir determinação de rotas. Route Errors errados: » Envio de Route Errors errados para inviabilizar rotas; » Não enviar Route Errors, para impedir determinação de rotas alternativas. Continuação…

17 D. Bibliografia DSR: The Dynamic Source Routing Protocol for Multi-Hop Wireless Ad Hoc Networks, David B. Johnson David A. Maltz Josh Broch. Computer Science Department, Carnegie Mellon University Pittsburgh, PA Arithmetic Encoding Based Dynamic Source Routing for Ad-Hoc Networks. Ajay Koul, R.B. Patel and V.K. Bhat. Journal of Computer Science 4 (5): , 2008, ISSN Efficient, Secure, Dynamic Source Routing for Ad-hoc Networks. Michael Weeks1,2 and Gulsah Altun1, Journal of Network and Systems Management, Vol. 14, No. 4, December 2006 (c 2006) DOI: /s Nodes Bearing Grudges:Towards Routing Security, Fairness, and Robustness in Mobile Ad Hoc Networks. Sonja Buchegger. IBM Zurich Research Laboratory, Jean-Yves Le Boudec EPFL-DSC CH Lausanne, Switzerland. Analysis of the Dynamic Source Routing Protocol for Ad Hoc Networks. Rajendra V. Boppana Anket Mathur CS Department, UT San Antonio, San Antonio, TX USA. Lecture notes Wireless Sensor Networks security da cadeira: RFC 4728: Dynamic Source Routing 17 / 17


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