Protocols for Secure Communication in Wireless Sensor Networks

viii Contents
2.5.2 Small-World Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5.3 Fundamental Properties of Sensor Network Graphs . . 33
2.6 Simulation of Sensor Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.1 Applications of Simulation . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.2 Node-based Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.6.3 Network-based Simulation . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.7 Security Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.7.1 Message Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.7.2 Routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.7.3 Access Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.7.4 Data Aggregation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.7.5 Location Verification . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.7.6 Intrusion Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.7.7 Intrusion Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.7.8 Availability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.8 Cryptography for Sensor Networks . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.8.1 Hash Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.8.2 Message Authentication Codes . . . . . . . . . . . . . 52
2.8.3 Symmetric Ciphers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.8.4 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.8.5 Bandwidth Overhead . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.8.6 Key Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.9 Existing Approaches to Wireless Sensor Network Security . . 57
2.9.1 Key Distribution and Agreement . . . . . . . . . . . . 58
2.9.2 Secure Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.9.3 Secure Routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.9.4 Available Implementations . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.10 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3 A Security Model for Wireless Sensor Networks 65
3.1 Attack Paths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.1.1 Physical Attacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.2 Interface Attacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1.3 Software-Level Attacks . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2 Attack Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.2.1 Properties of Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.2.2 Resource Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2.3 Detection Evasion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3 Adversary Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78