Protocols for Secure Communication in Wireless Sensor Networks

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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
zeigt, das es einem Verfahren, das mehrere disjunkte physische Kommunikationwege benutzt, mindestens ebenbürtig ist. Die vorgeschlagenen Sicherheitsverfahren schützen die Integrität von Nachrichten innerhalbe eines drahtlosen Sensornetzes. Das erreichbare Sicherheitsniveau ist dem eines Ende-zu-Ende-Verfahrens vergleichbar, sofern ein Angreifer moderater Stärke angenommen wird, d.h. der Angreifer ist in der Lage, lediglich einen Teil der Knoten im Sensornetz zu kontrollieren. Die Kosten der vorgeschlagenen Verfahren sind jedoch erheblich geringer, so dass ihr Einsatz insgesamt vorteilhaft sein kann. v
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Curriculum Vitae Harald Vogt Person
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