Wireless Sensor Network (WSN) is considered to be as one of the fundamental technologies for building ubiquitous computing environment. Since WSN consists of many sensor nodes with limited resources (i.e., computation, storage and battery), security primitives can be hard to be implemented. Thus, the network can be vulnerable to various attacks (i.e., denial-of-service attack, sinkhole/wormhole/sybil attack, message forgery attack, etc.).
HPEQ (Hierarchical Periodic, Event-driven and Query-based) protocol was purposed for surveillance of emergency events. In this routing protocol, clustering method is originated from LEACH, which is one of the most cited researches for cluster-based WSN. However, not only inherent vulnerabilities exist in HPEQ protocol, due to no provision of security requirements such as confidentiality, integrity of data packets, authentication of sensor nodes, etc., but also new vulnerabilities may occur, by the modification of aggregator selection from LEACH. Several secure variants of LEACH such as SecLEACH, GS-LEACH, etc. were suggested. However, these schemes still have some vulnerabilities. Therefore, we present a secure clustering scheme guaranteeing authentication of sensor nodes that are members of a cluster and confidentiality of communication data and the cluster topology.
무선 센서 네트워크는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서의 필수적인 기술 중의 하나이다. 하지만 네트워크가, 연산, 저장, 전력 등의 자원이 제한된 센서 노드로 구성돼있기 때문에, 보안상으로 더욱 취약하다. 중요 환경 감시목적의 라우팅 프로토콜은 그 목적에 걸맞게 알려진 공격에 대해서 강건해야 함에도 불구하고 대부분의 관련 제안된 방식들은 보안 요구사항들을 만족시키지 않는다. 그 라우팅 프로토콜들 중에서 HPEQ [4]는 긴급을 요구하는 사건의 감시에 목적을 두고 있는데, LEACH [9]의 클러스터링 방식을 변형시킨 다음에 PEQ [3]에 적용하여 에너지 효율성을 높였다. 하지만 여전히 기밀성, 메시지의 무결성, 각 센서노드의 인증 등 보안 요구사항이 고려되지 않아 매우 취약할 뿐만 아니라, 변형시킴에 따라 새로운 취약점도 내포하고 있다. 이러한 변형으로 인하여 사실상 보안을 고려한 LEACH 계열의 클러스터링 방식인 SecLEACH[17], GS-LEACH [1] 등을 적용하기 곤란하다. 이 뿐만 아니라, SecLEACH 와 GS-LEACH 역시 보안을 고려했지만, 그 근간이 되는 LEACH에서의 미아 노드 문제, 임의 키 사전 분배 방식에 따른 보안적 취약점을 그대로 가지고 있다.
이에, 본 논문은 기밀성, 데이터의 무결성 검사 그리고 각 노드의 인증과 같은 보안 요구사항을 만족시키는 에너지 보유량을 고려한 라우팅 프로토콜에서의 안전한 클러스터 형성 기법을 제안한다. 이는 기존의 방식인 SecLEACH 와 GS-LEACH가 가진 미아 노드 문제 뿐만 아니라 임의 키 사전 분배 방식이 가진 보안적 취약점을 다른 접근 방식을 통하여 해결 하였다. 또한, 제안되는 방식은 추후의 침입탐지시스템 운용을 고려하여 클러스터 내부에, 다른 추가비용 발생 없이 클러스터의 행동을 감시할 수 있는 노드를 구축하는 방식을 품고 있다.
