Luận án tiến sĩ khoa học máy tính: Giải pháp nâng cao an ninh mạng MANET - Lương Thái Ngọc, Đại học Huế 2020

Mạng MANET bao gồm các thiết bị di động. Chúng tự động kết nối, tạo thành mạng. Không cần cơ sở hạ tầng có dây. Đặc tính tự tổ chức này mang lại nhiều lợi ích. Mạng có thể được thiết lập nhanh chóng trong các tình huống khẩn cấp. Ví dụ như thiên tai hoặc các khu vực không có hạ tầng. Các ứng dụng quân sự cũng tận dụng MANET để liên lạc chiến trường. Đây là một loại hình mạng di động tự tổ chức. Nó cho phép truyền thông linh hoạt giữa các thiết bị. Các nút hoạt động vừa là máy chủ, vừa là bộ định tuyến. Điều này đòi hỏi các giải pháp bảo mật MANET phải thích ứng với môi trường động.

Môi trường MANET đối mặt nhiều thách thức an ninh. Kiến trúc phi tập trung là vấn đề lớn. Thiếu cơ quan quản lý trung tâm. Các nút phải tin cậy lẫn nhau. Điều này dễ bị kẻ tấn công khai thác. Tính di động cao của các nút làm thay đổi cấu trúc mạng liên tục. Việc duy trì các phiên bảo mật gặp khó khăn. Tài nguyên của các thiết bị MANET thường hạn chế. Chúng có ít năng lượng pin, bộ nhớ và khả năng xử lý. Điều này cản trở việc triển khai các cơ chế mã hóa trong MANET phức tạp. Các giao thức định tuyến truyền thống dễ bị tấn công mạng MANET. Cần có các giao thức định tuyến an toàn MANET. Các lỗ hổng này đe dọa nghiêm trọng đến tính toàn vẹn và khả dụng của mạng.

Tấn công lỗ sâu là một hình thức tấn công mạng MANET nguy hiểm. Kẻ tấn công tạo ra một đường hầm ảo. Đường hầm này kết nối hai hoặc nhiều nút độc hại. Các nút độc hại này ở xa nhau về mặt vật lý. Chúng thu hút lưu lượng mạng qua đường hầm. Sau đó chúng chuyển tiếp hoặc bỏ qua dữ liệu. Tấn công lỗ sâu có thể làm hỏng quá trình định tuyến. Chúng có thể cô lập các nút hợp pháp. Chúng còn có thể gây ra tấn công từ chối dịch vụ (DoS) MANET. Tác hại của nó rất lớn. Nó làm giảm hiệu suất mạng. Nó gây mất mát gói tin. Nó ảnh hưởng đến độ tin cậy của mạng. Việc phát hiện và ngăn chặn lỗ sâu là ưu tiên hàng đầu.

Tấn công ngập lụt liên quan đến việc gửi lượng lớn gói tin. Các gói tin này thường là yêu cầu khám phá tuyến (RREQ). Kẻ tấn công làm quá tải mạng. Mục đích là tiêu thụ tài nguyên mạng và nút. Điều này dẫn đến tấn công từ chối dịch vụ (DoS) MANET. Các nút hợp pháp không thể truyền dữ liệu. Chúng bị cạn kiệt năng lượng. Tấn công ngập lụt làm tắc nghẽn kênh truyền thông. Nó làm giảm thông lượng mạng. Hậu quả là làm tăng độ trễ gói tin. Đôi khi nó làm hỏng toàn bộ hoạt động của mạng. Việc chống lại tấn công ngập lụt đòi hỏi các cơ chế phát hiện sớm. Cần có các biện pháp ngăn chặn hiệu quả. Điều này giúp duy trì tính khả dụng của mạng.

Nhiều giải pháp đã được đề xuất để chống tấn công lỗ sâu. Các phương pháp như DelPHI, WADT, TTHCA, và EEP đã được nghiên cứu. Tuy nhiên, mỗi giải pháp có những ưu và nhược điểm riêng. Một số giải pháp tạo ra gánh nặng lớn cho mạng. Một số khác không đủ mạnh mẽ. Chúng không thể chống lại các biến thể phức tạp của lỗ sâu. Ví dụ, một số chỉ tập trung vào phát hiện. Chúng thiếu khả năng ngăn chặn hiệu quả. Các giải pháp hiện tại thường gặp khó khăn. Chúng không thể xác định chính xác các cặp nút độc hại. Đặc biệt trong môi trường MANET năng động. Cần có cách tiếp cận toàn diện hơn. Cách tiếp cận này phải kết hợp phát hiện và ngăn chặn.

Luận án đề xuất cơ chế xác thực đa mức (MLA). MLA sử dụng chữ ký số để tăng cường bảo mật MANET. Nó thực hiện xác thực an ninh qua ba bước. Giao thức an ninh MLAMAN được xây dựng dựa trên MLA. Giao thức này cho phép cấp chứng chỉ thành viên an toàn. Nó giúp quản lý khóa trong MANET hiệu quả. Đánh giá hiệu năng của MLAMAN cho thấy tính ưu việt. Nó có khả năng phát hiện và ngăn chặn tấn công lỗ sâu rất tốt. Điều này được chứng minh qua các mô phỏng. MLAMAN đảm bảo tính xác thực của các nút. Nó bảo vệ các tuyến đường truyền dữ liệu. Nó nâng cao đáng kể an ninh mạng di động tự tổ chức MANET.

Nhiều giải pháp đã được phát triển để đối phó với tấn công ngập lụt. Các phương pháp như FAP, EFS, và BI đã được phân tích. Mỗi phương pháp có điểm mạnh và điểm yếu. Một số phương pháp gặp khó khăn trong việc phân biệt. Chúng không thể phân biệt giữa lưu lượng bình thường và tấn công ngập lụt. Điều này dẫn đến tỷ lệ dương tính giả cao. Các giải pháp khác có thể quá phức tạp. Chúng tạo ra gánh nặng tính toán lớn cho các nút MANET. Việc này ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của mạng. Cần một giải pháp tối ưu hơn. Giải pháp này phải có độ chính xác cao. Nó phải có chi phí thấp. Đồng thời phải hiệu quả trong việc phòng thủ MANET.

Luận án đề xuất một giải pháp an ninh sử dụng thuật toán phân lớp kNN. Mô hình tổng quát của giải pháp FADA được xây dựng. Nó dựa trên việc phân tích các véc-tơ tần suất khám phá tuyến. Một tập dữ liệu huấn luyện được tạo ra. Dữ liệu này giúp bộ phân lớp kNN nhận diện hành vi tấn công. Giao thức an ninh FAPRP được thiết kế. Nó tích hợp thuật toán phân lớp kNN vào quy trình định tuyến. Đánh giá hiệu năng của FAPRP cho thấy khả năng vượt trội. Nó có thể phát hiện và ngăn chặn tấn công ngập lụt hiệu quả. Giải pháp này giúp giảm thiểu tác động của tấn công từ chối dịch vụ (DoS) MANET. Nó cải thiện tính khả dụng của mạng. Nó là một hệ thống phát hiện xâm nhập (IDS) cho MANET đáng tin cậy.

Các giao thức định tuyến như AODV, SAODV, và ARAN đã được phát triển. Tuy nhiên, chúng vẫn còn tồn tại nhiều lỗ hổng. Tấn công lỗ sâu ở chế độ ẩn là một ví dụ. Nó rất khó phát hiện. Kẻ tấn công có thể lợi dụng các lỗ hổng này. Chúng tạo ra các tuyến đường giả mạo. Chúng làm mất mát gói tin hoặc chuyển hướng lưu lượng. Các giao thức hiện có gặp khó khăn. Chúng không thể xác minh độ tin cậy của thông tin định tuyến. Điều này là do thiếu cơ chế quản lý tin cậy MANET mạnh mẽ. Cần có giải pháp mới. Giải pháp này phải tăng cường khả năng xác thực. Nó phải đảm bảo các tuyến đường được chọn là an toàn. Bảo mật MANET đòi hỏi một cách tiếp cận toàn diện hơn về định tuyến.

Luận án đề xuất cơ chế xác thực tin cậy (TAM). TAM tăng cường an ninh mạng MANET thông qua ba bước xác thực an ninh. Nó sử dụng cơ chế quản lý chứng thư số để đảm bảo tính toàn vẹn. Giao thức an ninh TAMAN được xây dựng dựa trên TAM. Nó cung cấp một giải pháp bảo mật định tuyến hiệu quả. Đánh giá hiệu năng của TAMAN cho thấy khả năng ưu việt. Nó chống lại các hình thức tấn công lỗ đen và các biến thể lỗ sâu. Ảnh hưởng của DCMM đến hiệu năng của TAMAN được nghiên cứu. Giao thức này cải thiện đáng kể quản lý tin cậy MANET. Nó đảm bảo các giao thức định tuyến an toàn MANET được thiết lập. TAMAN đóng góp vào việc nâng cao tổng thể bảo mật MANET. Nó bảo vệ mạng khỏi các mối đe dọa định tuyến tinh vi.