Fighting Sinkhole Attacks in Tree-based Routing Topologies

This work focuses on: (1) understanding the impact of sinkhole attacks on treebased routing topologies in Wireless Sensor Networks (WSNs), and (2) investigating cryptography-based strategies to limit network degradation caused by these attacks. This work is particularly important as WSN protocols that construct a fixed routing topology may be significantly affected by malicious attacks. Furthermore, considering networks deployed in a difficult to access geographical region, building up resilience against such attacks rather than detection is expected to be more beneficial. We thus first provide a simulation study on the impact of malicious attacks based on a diverse set of parameters, such as the network scale and the position and number of malicious nodes. Based on this study, we propose a single but very representative metric for describing this impact. Second, we present the novel design and evaluation of two simple and resilient topology-based reconfiguration protocols that broadcasts cryptographic values. The results of our simulation study show that our reconfiguration protocols are practical and effective in improving resilience against sinkhole attacks, even in the presence of some collusion. Key-words: wireless sensor network, sinkhole attacks, resilience, tree-based routing protocols in ria -0 03 55 87 3, v er si on 1 25 J an 2 00 9 Combattre les attaques par siphon dans les protocoles de routage en arbre Résumé : Ce travail porte sur (1) l’évaluation de l’impact des attaques par siphon sur les topologies de routage à base d’arbre dans les réseaux de capteurs sans fil (WSNs), et (2) l’utilisation de stratégies à base de cryptographie pour limiter les dégradations du réseau causées par ces attaques. Ce travail est particulièrement important car les protocoles WSN basés sur des topologies statiques peuvent être sévèrement affectés par les nœuds malicieux. De plus, en considérant les réseaux déployés dans les régions difficiles d’accès, les stratégies basées sur la résistance aux attaques peuvent être beaucoup plus efficaces que celles basées sur la détection de ces attaques. Aussi, nous décrivons d’abord une étude par simulations de l’impact d’attaques selon de nombreux paramêtres, tels que la taille du réseau ou la position ou le nombre de nœuds malicieux. Nous appuyant sur cette étude, nous proposons une métrique unique pour représenter cet impact, qui capture de nombreux paramêtres. Ensuite, nous présentons deux protocoles de reconfiguration par diffusion de valeurs cryptographiques. Les simulations montrent que ces protocoles sont pratiques et efficaces pour améliorer la résistance des réseaux contre les attaques en siphons, même en présence de collusion. Mots-clés : réseau de capteurs,attaque de siphon,routage en arbre in ria -0 03 55 87 3, v er si on 1 25 J an 2 00 9 Fighting Sinkholes Attacks in WSN 3