Protocols for Secure Communication in Wireless Sensor Networks

iv
Dieses Ziel kann durch kryptographische Verfahren erreicht werden, die
auf Ende-zu-Ende-Sicherheit beruhen, d.h. eines Schlüssels, der nur den beiden
Partien einer Kommunikationsbeziehung bekannt ist. Solche Verfahren
beschränken den Einfluss eines vom Angreifer kontrollierten Knotens auf seine
eigenen direkten Kommunikationswege. Ein solcher Knoten kann keinen Einfluss
auf die Kommunikation anderer Knoten nehmen. Allerdings sind Endezu-Ende-Verfahren
oftmals zu teuer, um für drahtlose Sensornetze eingesetzt zu
werden, da sie zu viel Rechenkapazität oder Kommunikationsaufwand benötigen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Vielzahl der Kommunikationswege
nur bei Bedarf und nur selten benutzt wird. Daher werden neuartige
Verfahren benötigt, die einen vergleichbaren und ausreichenden Schutz bieten,
jedoch auch in Sensornetzen eingesetzt werden können, in denen nur geringe
Ressourcen zur Verfügung stehen.
Die These der vorliegenden Arbeit ist, dass die Vorverteilung von Schlüsseln
ein geeignetes Verfahren für die Schlüsselerzeugung in drahtlosen Sensornetzen
ist. Darüber hinaus bieten Schlüssel, die lediglich zwischen Nachbarknoten
ausgetauscht werden, mit Hilfe eines Verfahrens zur verschränkten Nachrichtenauthentisierung
einen geeigneten Schutz der Kommunikation in Multi-Hop-
Umgebungen.
Wir legen dar, wie zusammengesetzte Vefahren zur Schlüssel-Vorverteilung
für den Schlüsselaustausch zwischen benachbarten Knoten genutzt werden
können. Diese Verfahren benötigen lediglich einfache und wenige Rechenoperationen
und ihr Speicherbedarf kann den verfügbaren Ressourcen sowie
dem Sicherheitsbedürfnis angepasst werden. Auf der Grundlage gemeinsamer
Schlüssel innerhalb einer k-Hop-Nachbarschaft (wobei k klein ist) wird ein Verfahren
zur Nachrichtenauthentisierung entworfen, das die sichere Übertragung
von Nachrichten auch über grosse Entfernungen erlaubt.
Der wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit besteht aus folgenden Punkten:
• Einem Verfahren zum paarweisen Schlüsselaustausch, das effizient auf
ressourcenbeschränkten drahtlosen Sensorknoten implementiert werden
kann und die Wirkung von Angriffen gegen Knoten beschränkt.
• Einem Verfahren zur Nachrichtenauthentisierung, das lediglich lokale gemeinsame
Schlüssel und Operationen der symmetrischen Kryptographie
erfordert. Das Verfahren bietet ein Sicherheitsniveau in Annäherung der
von Ende-zu-Ende-Sicherheit. Es basiert auf der Erzeugung mehrerer disjunkter
Authentisierungspfade.
• Der Bewertung des Verfahrens zur Nachrichtenauthentisierung, welche