面向Ad Hoc網絡節點欺騙的網絡安全的研究

摘要:節點欺騙是無線Ad Hoc網絡最常見的攻擊方式之一。該文基于平面結構的Ad Hoc網絡，使用數據挖掘算法來發現無線Ad hoc網絡中的欺騙節點。該方法簡單、有效，在無線Ad hoc網絡中較容易實現。

關鍵詞:節點欺騙;Ad ho;平面結構;數據挖掘

中圖分類號:TN915文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)05-1045-02

A Research about Network Security of Node Spoofing in Ad Hoc Network

HUANG Jian

(Hubei University， Wuhan 430062， China)

Abstract: Node spoofing is one of the most common attack ways in Ad Hoc network. This article is based on planar-structure of Ad Hoc network， which uses data mining algorithms to discover node spoofing of Ad hoc network. The method is simple， effective， and easy to implement in theAd hoc network.

Key words: node spoofing; Ad hoc; planar-structure; dataming

無線Ad Hoc網絡[1](MANET， Mobile Ad hoc Networks)是一種無需固定基礎設施就能互相通信的多個對等移動節點組成的集合，這些節點間的互聯可以任意地連續改變。具有分布式、自組織、自配置、自管理等特征。無線Ad hoc網絡組網靈活、快捷，不受有線網絡的影響，可以應用在軍事操作、緊急搜索營救任務、數據搜集或傳感器網、以及即時課堂或會議等場合具有廣泛的應用。

隨著無線Ad Hoc網絡的應用越來越廣泛，針對無線Ad Hoc網的安全問題也日漸突出，針對無線Ad Hoc網絡的新類型的攻擊[2]和入侵也越來越多(如竊聽，節點欺騙，拒絕服務攻擊等等)。盡管在無線Ad hoc網中可以采用加密和認證等入侵預防措施來減少入侵，但并不能消除入侵。因此，研究入侵檢測技術就顯得尤為必要。

1 網絡模擬假設和問題描述

1.1 網絡模擬假設

無線Ad Hoc網絡具有的多跳、動態拓撲、時變信道、資源受限、等特點，使應用于傳統網絡的協議及路由算法無法直接應用于無線Ad Hoc網絡。根據無線Ad Hoc網絡的特征，參照OSI和TCP/IP的經典體系結構，無線Ad Hoc網絡可構造以下模型，如圖1所示。

無線Ad Hoc網絡模型網絡層路由協議使用先應式路由算法(表驅動路由算法)。在此機制中網絡節點通過周期性廣播控制消息交換路由信息并利用收到的路由信息生成路由表，以供數據分組尋找路由時使用。

1.2 問題描述

1)如圖2所示:設有無線Ad Hoc網N，在t時刻的無向圖M，在有效通信距離內相鄰節點之間信息直接可達[3]，A和B兩節點信息轉發可達，即間接可達。A發送請求消息到B的路由路徑有A→D→E→F→G→B和A→C→E→F→G→B兩條。△t時間后，在t′時刻，設△t時間內各節點區位變化不明顯，動態拓撲結構無變化，現有節A′接入無線Ad Hoc網N，破解加密認證并通過了身份認證，取得Ad Hoc網絡節點信任。在t′時刻有無向圖G2，A發送請求消息到B的路由路徑有A→D→E→F→G→B和A→C→E→F→G→B兩條，A′發送請求消息到B的路由路徑有A′→F→G→B。

在無線Ad Hoc網絡中，節點A′破解加密認證通過了身份認證，騙取節點B信任，進而獲取B節點信息資源的行為被稱為節點欺騙。

2 入侵檢測系統和數據挖掘技術

入侵檢測技術[4]是為保證系統的安全而設計與配置的一種能夠及時發現并報告系統中未授權或異常現象的技術，是一種用于檢測計算機系統、網絡系統或更廣泛意義上的信息系統中違反安全策略行為的技術。它根據用戶的歷史行為，基于用戶的當前操作，完成對攻擊的決策并記錄下攻擊證據，為數據恢復與事故處理提供依據。

入侵檢測系統(Intrusion Detection Systems)主要由通信接口模塊、本地數據收集模塊、分析引擎模塊和響應模塊組成[5]。如圖3所示。

1)通信接口模塊為IDS提供通信通道。

2)本地數據收集模塊包括數據鏈路層數據收集、網絡層數據收集、傳輸層數據收集和應用層數據收集模塊。它負責從本地的不同數據源收集審計數據流，進行數據預處理。

3)分析引擎模塊可分為數據鏈路層分析引擎、網絡層分析引擎、傳輸層分析引擎、應用層傳輸引擎、和全局分析引擎模塊。它通過本地數據收集模塊的支持，依賴于入侵檢測算法能夠有效地完成入侵的檢測。

4)響應模塊可以在入侵檢測系統檢測到入侵時，根據入侵類別產生不同的響應方式，如產生報警信息通知給系統管理員，甚至是對可疑鏈路的斷鏈操作，動態地去除入侵主機等。

數據挖掘技術簡單的講，是指從大量數據中提取或“挖掘”知識。從大型數據庫或數據倉庫中提取隱含的、未知的、異常的及有潛在應用價值的信息或模式，數據挖掘技術融合了數據庫、人工智能、機器學習、統計學等多個領域的理論和技術[5]。

入侵檢測系統通過對網絡層路由數據的收集，利用集成了數據挖掘技術的網絡層分析引擎來發現無線Ad Hoc網中的欺騙節點。檢測節點的分析引擎的主要算法:

1)接收到預處理數據后，建立相似度矩陣，用k均值算法建立正常模式庫D;

2)從D中任意選擇k個對象作為初始簇心;

3)repeat;

4)根據簇中對象的均值，將每個對象指派到最相似的簇;

5)更新簇均值，即計算簇中每個對象的均值;

6)ntil不再發生變化

初始規則庫建立后:

7)if某一對象不屬于任何一簇;

8)觸發響應模塊，產生事件響應;

9)else執行4)，5);

3 結束語

節點欺騙作為無線Ad Hoc網絡中最常見的一種攻擊方式之一，它往往以盜取用戶主機中的敏感數據為目的。它帶來的危害也是巨大的，尤其是在安全保密要求比較高場合，如由無線Ad Hoc網絡構建的野外軍用網。在由防火墻等硬件設備構建的安全屏障被突破后，如果在無線Ad Hoc網絡中有由軟件構建的二道防線，那么無線Ad Hoc網絡的安全等級將會上升一個檔次。

參考文獻:

[1] Krall NA，Trivelpiece AW.Principles of Plasma Physics[M].Mc raw-Hill Book Company，1973.

[2] Stix T H.Waves in Plasmas[M].New York:Springer-Verlag，1992.

[3] 解爭龍，吳振強.一種新的無線Ad hoc網絡群頭生成算法[J].電子科技大學學報，2007，36(4):82-605.

[4] 林亞卓，唐陳峰.Ad Hoc 網絡的入侵檢測技術研究[J].通信技術，2008，41(1):1002.

[5] JIAEI HAN，MICHELINE KAMBER.數據挖掘概念與技術[M].范明，孟小峰，等，譯.機械工業出版社，2004.