Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж

Розглянуті особливості застосування базових принципів організації функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Романов, В.О., Галелюка, І.Б., Остапенко, В.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2017
Назва видання:	Комп’ютерні засоби, мережі та системи
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131515
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж / В.О. Романов, І.Б. Галелюка, В.О. Остапенко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 106-117. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-131515
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1315152018-03-24T03:03:31Z Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж Романов, В.О. Галелюка, І.Б. Остапенко, В.О. Розглянуті особливості застосування базових принципів організації функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж. Рассмотрены особенности применения базовых принципов в организации функциональной и информационной безопасности беспроводных сенсорных сетей. Basic safety applicable functional and information principles of wireless sensor network are considered in the article. 2017 Article Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж / В.О. Романов, І.Б. Галелюка, В.О. Остапенко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 106-117. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131515 004.75 uk Комп’ютерні засоби, мережі та системи Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Розглянуті особливості застосування базових принципів організації функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж.
format	Article
author	Романов, В.О. Галелюка, І.Б. Остапенко, В.О.
spellingShingle	Романов, В.О. Галелюка, І.Б. Остапенко, В.О. Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж Комп’ютерні засоби, мережі та системи
author_facet	Романов, В.О. Галелюка, І.Б. Остапенко, В.О.
author_sort	Романов, В.О.
title	Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж
title_short	Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж
title_full	Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж
title_fullStr	Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж
title_full_unstemmed	Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж
title_sort	вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж
publisher	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate	2017
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131515
citation_txt	Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж / В.О. Романов, І.Б. Галелюка, В.О. Остапенко // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 106-117. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
series	Комп’ютерні засоби, мережі та системи
work_keys_str_mv	AT romanovvo vimogidozabezpečennâfunkcíonalʹnoítaínformacíjnoíbezpekibezdrotovihsensornihmerež AT galelûkaíb vimogidozabezpečennâfunkcíonalʹnoítaínformacíjnoíbezpekibezdrotovihsensornihmerež AT ostapenkovo vimogidozabezpečennâfunkcíonalʹnoítaínformacíjnoíbezpekibezdrotovihsensornihmerež
first_indexed	2025-07-09T15:38:12Z
last_indexed	2025-07-09T15:38:12Z
_version_	1837184320550207488
fulltext	Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 106 V. Romanov, I. Galelyuka, V. Ostapenko REQUIREMENTS TO FUNCTIONAL AND INFORMATIONAL SAFETY OF WIRELESS SENSOR NETWORKS Basic safety applicable functional and information principles of wire- less sensor network are considered in the article. Key words: functional safety, infor- mational safety, wireless sensor net- work. Рассмотрены особенности при- менения базовых принципов в ор- ганизации функциональной и ин- формационной безопасности бес- проводных сенсорных сетей. Ключевые слова: функциональная безопасность, информационная безопасность, беспроводная сен- сорная сеть. Розглянуті особливості застосу- вання базових принципів організа- ції функціональної та інформа- ційної безпеки бездротових сенсо- рних мереж. Ключові слова: функціональна безпека, інформаційна безпека, бездротова сенсорна мережа.  В.О. Романов, І.Б. Галелюка, В.О. Остапенко, 2017 УДК 004.75 В.О. РОМАНОВ, І.Б. ГАЛЕЛЮКА, В.О. ОСТАПЕНКО ВИМОГИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ БЕЗДРОТОВИХ СЕНСОРНИХ МЕРЕЖ Вступ. Функціональна безпека бездротових сенсорних мереж (БСМ) є комплексом захо- дів, спрямованих на захист мереж від аварій з метою запобігання нанесення шкоди лю- дям, зовнішньому середовищу та матеріаль- ним цінностям. Високий рівень функціона- льної безпеки забезпечується у разі, коли фу- нкція безпеки в аварійних ситуаціях працює надійно. В автоматизованих системах управ- ління технологічними процесами (АСУ ТП), наприклад, до характерних функцій безпеки відносяться наступні запобіжні функції: ава- рійна зупинка, контроль тиску котла, аварій- не відкриття/закриття клапану котла, утри- мання від закриття шлюзних воріт і т. п. [1]. Загальна частина. Основні норми функ- ціональної безпеки створюваних електрич- них, електронних та електронних програмо- ваних пристроїв та систем наведені у станда- ртах MEК 61508 та МЕК 61511. Особливістю цих стандартів є ризик-орієнтований підхід. Залежно від шкоди, яка може бути завдана техногенними об’єктами (до яких відносять- ся БСМ) життю або здоров’ю людини чи зо- внішньому середовищу, встановлюються ві- дповідні рівні ризику (рис. 1). Для зменшен- ня рівня ризику передбачено комплекс захо- дів, які регламентовано стандартами MEК 61508 та МЕК 61511. Сімейство стандартів MEК 61508 містить сім частин (рис. 2). Як випливає з рис. 2, пе- рша частина стандартів MEК 61508 охоплює загальні вимоги до систем, які відповідають за безпеку системи. Друга частина охоплює пов'язані з безпекою вимоги до електричних, ВИМОГИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ БЕЗДРОТОВИХ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 107 електронних та електронних програмованих систем. Третя частина визначає ви- моги до ПЗ. Четверта частина містить основні терміни та визначення, які стосу- ються функціональної безпеки. П'ята частина включає приклади методів визна- чення рівнів повноти безпеки (safety integrity level – SIL). Шоста частина є на- становою застосування методів, які викладені в другій та третій частинах. В сьомій частині наведено огляд і приклади технічних і організаційних заходів, спрямованих на забезпечення функціональної безпеки створюваного виробу (у нашому випадку БСМ). Слід зазначити, що всі системні функції, які регламентовано цими стандар- тами, підтримуються БСМ. БСМ – це багаторівневі розподілені мережі, побудовані за принципами самоорганізації, з великою кількістю сенсорів та виконавчих механізмів, які об’єднані радіоканалом (рис. 3) [2]. На основі БСМ реалізуються проекти, які виконані за технологією Інтернету речей, тобто об’єктів, які взаємодіють один з одним без участі людини. Широке впровадження технології Інтернету речей у РИС. 1. Діаграма рівнів ризиків для оцінки функціональної безпеки РИС. 2. Перелік міжнародних стандартів з функціональної безпеки сімейства МЕК 61508 В.О. РОМАНОВ, І.Б. ГАЛЕЛЮКА, В.О. ОСТАПЕНКО Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 108 глобальні міжнародні проекти протягом останніх трьох років [3] свідчить про появу нового класу, так званих, кібер-фізичних об'єктів. У цих об’єктах засоби забезпечення надійності, функціональної та інформаційної безпеки повинні бути об’єднані у єдину систему. Зв'язок атрибутів, що відповідають за надійність, функціональну та інформаційну безпеку, показано на діаграмі (рис. 4) [4]. Базовим показником функці- ональної безпеки є ризик. Ризики за міжнародними стандартами можна оцінювати якісно або кі- лькісно. Методи оцінки ризиків або оцінки рівнів повноти безпе- ки (SIL) наведені в стандарті МЕК 61508-5. Відповідно до цьо- го стандарту функціональна без- пека є ознакою систем, для яких відмова функції безпеки може привести до суттєвих втрат для людей та/або зовнішнього сере- довища. Властивість системи за- безпечувати функцію безпеки визначається рівнем повноти без- пеки SIL. Як випливає з рис. 1, стандарт МЕК 61508 визначає чотири рівня повноти безпеки SIL – це рівні SIL 1, SIL 2, SIL 3 та SIL 4. Найвищим рівнем без- пеки є рівень SIL 4, найменшим – рівень SIL 1. Для того, щоб прис- воїти створюваному виробу від- повідний рівень безпеки SIL, ви- користовують методи розрахун- ку, наведені в стандартах МЕК 61508 та МЕК 61511. Якщо необ- хідний рівень безпеки SIL визна- чено, то здійснюють вибір засо- бів, які дозволяють забезпечити необхідну функцію безпеки у цілому. Стандарт МЕК 61508 регламентує три режими роботи системи, яка підтри- мує функцію безпеки: з низькою частотою запитів (low demand mode), тобто ча- стота запитів на здійснення функції безпеки у цьому режимі не перевищує одно- го на рік; з високою частотою запитів (high demand mode), тобто частота запитів на здійснення функції безпеки є більшою, ніж раз на рік; безперервний режим (continuous mode). Залежність рівня SIL від значення середньої імовірності небе- зпечної відмови у разі здійснення системою функції безпеки на запит для режи- му з низькою частотою запитів (Average of the safety function – PFDAVG) наведена РИС. 3. Структурна організація бездротових сенсо- рних мереж РИС. 4. Взаємозв'язок атрибутів надійності ВИМОГИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ БЕЗДРОТОВИХ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 109 у табл. 1. Одиницею виміру функції безпеки системи в режимі з високою часто- тою запитів є значення середньої інтенсивності небезпечних відмов функції без- пеки (Average frequency of dangerous failure of the safety function [h-1] – PFH). За- лежність рівня SIL від цього параметра наведена у табл. 1. ТАБЛИЦЯ 1. Залежність рівня SIL від значення PFDAVG і PFH Рівень SIL Значення PFDAVG Значення PFH[h-1] 4 від 10-5 до 10-4 від 10-9 до 10-8 (одна відмова за 11 400 років) 3 від 10-4 до 10-3 від 10-8 до 10-7 (одна відмова за 1 140 років) 2 від 10-3 до 10-2 від 10-7 до 10-6 (одна відмова за 114 років) 1 від 10-2 до 10-1 від 10-6 до 10-5 (одна відмова за 11,4 років) Звичайно, забезпечувати рівень безпеки SIL 4 для однієї конкретної БСМ немає сенсу, але враховуючи те, що в світі працюють тисячі однотипних мереж, то навіть при такій низькій частоті відмов, які відповідають рівню безпеки SIL 4, небезпечні відмови є досить імовірними подіями. Слід зазначити, що рівень безпеки SIL є функцією всієї БСМ, тому треба враховувати середню частоту небезпечних відмов усіх елементів мережі. Розраховувати рівень SIL функції безпеки можна за методикою, яку викла- дено у стандарті МЕК 61508. У цьому стандарті запропоновано такі показники, як імовірності відмов для оцінки функції безпеки. Спочатку визначають долю небезпечних відмов (Dangerous Failure Fraction – DFF), яка доповнює долю без- печних відмов до одиниці та обчислюється як відношення інтенсивності небез- печних недіагностованих відмов до сумарної інтенсивності відмов. Діагностичне покриття (Diagnostic Coverage – DC) відповідно до МЕК 61508 розраховують на основі визначення інтенсивності небезпечних відмов. Діагностичне покриття є відношенням інтенсивності небезпечних діагностованих відмов до інтенсивності небезпечних відмов. Звідси випливає, що діагностичне покриття свідчить про долю зменшення імовірності тільки небезпечних відмов за рахунок вбудованих, наприклад, у БСМ засобів діагностики. Виходячи з розрахункового значення долі безпечних відмов (Safe Failure Fraction – SFF), визначають максимальний рівень безпеки SIL як для резервова- них, так і нерезервованих конфігурацій БСМ. Приклад розрахованих таким чи- ном рівнів SIL наведено у табл. 2. Як випливає з табл. 2, для долі безпечних відмов 90–99 % (БСМ нерезерво- вана, тобто HFT = 0) максимальний рівень безпеки не перевищує SIL 2. Якщо елементи БСМ дубльовані (HFT = 1), то рівень безпеки для елементів складає SIL 3. Для тройованих елементів мережі (HFT = 2) рівень безпеки елементів ся- гає значення SIL 4. Для розрахунку рівня безпеки усієї БСМ недостатньо врахо- вувати PFDAVG окремих компонентів. Для цього треба визначити сумарне зна- чення PFDAVG, після чого сумарне значення PFDAVG треба порівняти з допусти- мою загальною імовірністю відмов відповідного рівня SIL. Відзначимо, що рі- В.О. РОМАНОВ, І.Б. ГАЛЕЛЮКА, В.О. ОСТАПЕНКО Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 110 вень безпеки SIL можна підвищити за рахунок додаткового резервування надій- них елементів БСМ або вбудованими засобами діагностики. ТАБЛИЦЯ 2. Максимальний рівень SIL в залежності від значення SFF та показника апарат- ної відмовостійкості (Hardware Fault Tolerance – HFT) Доля безпечних відмов на елемент БСМ, або SFF Допустима кількість апаратних відмов БСМ або HFT 0 1 2 >60 % ― SIL 1 SIL 2 від 60 % до 90 % SIL 2 SIL 2 SIL 3 від 90 % до 99 % SIL 2 SIL 3 SIL 4 ≥99 % SIL 3 SIL 4 SIL 4 Приклад розрахунку загального показника PFD для БСМ показано на рис. 5. Як свідчить цей приклад, для мережі, яка містить 100 сенсорів, один координатор та один концентратор, середня імовірність небезпечної відмови PFDAVG = 4.46 ∙ 10-1, що нижче рівня безпеки SIL 1. З цього випливає, що для підвищення рівня безпеки SIL БСМ необхідно, перш за все, дублювати сенсори, які вносять найбільший вклад у долю небезпечних відмов або обладнати елеме- нти мережі вбудованими засобами діагностики. РИС. 5. Розрахунок значень функції безпеки PFD елементів БСМ у складі сенсора, координа- тора та концентратора У БСМ однаково важливо застосовувати методи, спрямовані на забезпечен- ня як функціональної безпеки, так й інформаційної безпеки. Треба відзначити, що в стандартах сімейства МЕК 61508 практично не йде мова про інформаційну безпеку, відсутні підходи до її забезпечення. ВИМОГИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ БЕЗДРОТОВИХ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 111 Високі вимоги як до інформаційної безпеки, так і безпеки в цілому бездро- тових сенсорних мереж у першу чергу зумовлені тим, що бездротові технології та бездротові сенсорні мережі все глибше та ширше проникають у виробничі процеси багатьох галузей промисловості та повсякденне життя пересічних гро- мадян. Відповідно до [5] ризики, які супроводжують впровадження та застосу- вання системи інформаційної безпеки телекомунікаційної системи, можна ви- значити як імовірність загрози безпеці та реалізація цієї загрози. Забезпечення інформаційної безпеки бездротових мереж – досить складне завдання і на даний час не існує чітких та беззаперечних рекомендацій щодо по- будови системи гарантування безпеки. Більшість загроз інформаційній безпеці БСМ мають більш складний харак- тер ніж подібні загрози дротовим комп'ютерним мережам, оскільки бездротові мережі набагато складніше захистити із-за загальнодоступного середовища пе- редавання даних та широкосмугового характеру бездротових з'єднань. Забезпе- чення безпеки в бездротових сенсорних мережах є складною та комплексною задачею через цілий ряд причин. 1. Масштабованість БСМ, тобто мережа може складатися як з кількох вуз- лів, так і з кількох тисяч. Відповідно алгоритми та механізми гарантування ін- формаційної безпеки повинні також масштабуватися до обсягів мережі. 2. Змінна топологія бездротової мережі, що супроводжується додаванням нових вузлів або видаленням існуючих. Це вимагає використання складних ал- горитмів маршрутизації та механізмів підтримання цілісності мережі. 3. Уразливість бездротових каналів, оскільки передавання даних здійсню- ється в загальнодоступному середовищі. Доступ до бездротового каналу можна отримати значно легше, ніж до дротових мереж передавання даних. 4. Уразливість вузлів мережі, оскільки вузли можуть переміщатися обслуго- вуючим персоналом або в інший спосіб, та не існує можливості завжди гаранту- вати фізичний захист будь-якого вузла мережі. Це робить імовірним фізичний доступ до незахищеного вузла мережі. 5. Обмежені енергетичні та обчислювальні можливості вузла, що зумовлює ситуацію, коли на рівні вузла майже неможливо реалізувати надійні механізми та алгоритми безпеки, оскільки вони є досить ресурсо- та енергозатратними. 6. Системні помилки в роботі вузла і мережі, зокрема, втрати пакетів даних при передаванні, відсутність зв'язку з центральним вузлом, вихід з ладу вузла або розрядження батареї. Оскільки такі помилки можуть виникати в мережі час- то, то навмисні дії, які маскують під системні збої, досить важко виявити. Аналізуючи вище наведене, можна зробити висновок, що заходи по забезпе- ченню інформаційної безпеки бездротової сенсорної мережі (рис. 6) можна роз- ділити на основні та другорядні [6]. До основних слід віднести гарантування конфіденційності, цілісності мережі, аутентифікації та доступності даних. Дру- горядними є гарантування самоорганізації мережі, часової синхронізації та акту- альності даних. Конфіденційність, зазвичай, в основному і визначає рівень безпеки бездро- тової мережі. Мережа з високим рівнем конфіденційності захищає дані, що пе- В.О. РОМАНОВ, І.Б. ГАЛЕЛЮКА, В.О. ОСТАПЕНКО Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 112 редаються по мережі, та закриває до них доступ для потенційних загроз. Конфі- денційність досягається застосуванням механізмів контролю доступу, шифру- ванням тощо. РИС. 6. Заходи по забезпеченню інформаційної безпеки БСМ Аутентифікацію даних в бездротовій мережі реалізовують з метою підтвер- дження автентичності даних, що передаються, через застосування механізмів ідентифікації їх походження або, іншими словами, джерела передавання даних. Через механізм аутентифікації можна підтвердити справжність джерела та приймача даних, що реалізується, зазвичай, через обмін таємними ключами. Механізми цілісності даних необхідні для гарантування того, що дані, які передаються через бездротовий канал, не будуть замінені чи модифіковані під час транспортування від одного вузла до іншого. Цей механізм, зазвичай, дозво- ляє виявити пошкоджене повідомлення або фальшиві дані, які були вбудовані в автентичне повідомлення або передані скомпрометованим вузлом. Доступність даних передбачає, що бездротова сенсорна мережа виконує од- ну з основних своїх функцій, передавання даних між вузлами. Зумовити загрозу доступності даних можна виведенням з ладу центрального вузла мережі. При відсутності можливості передавати дані виникає питання в доцільності мережі. Актуальність даних дозволяє гарантувати, що передаються дані, які є актуа- льними на даний момент. Це дозволяє уникнути пересилання застарілих даних або повторного пересилання даних, що може зумовити конфлікти в мережі. Механізми самоорганізації дозволяють вузлу мережі бути функціонально гнучким та незалежним з метою самовідновлення свого місця в топології мережі при різних умовах довкілля або при виникненні різних ситуацій. Реалізувати цей механізм з дотриманням усіх вимог інформаційної безпеки досить складно. Алгоритми часової синхронізації необхідні для встановлення загальної шка- ли часу для усіх вузлів мережі з метою синхронізації вбудованих механізмів. Аналізуючи заходи забезпечення інформаційної безпеки бездротових сенсо- рних мереж, можна чітко розділити атаки мереж (рис. 7) на пасивні та активні. При пасивних атаках відсутні втручання в процес маршрутизації, а викону- ється лише моніторинг мережі та прослуховування трафіку для отримання інфо- рмації про топологію мережі, розташування вузлів, взаємодію між вузлами то- що. Пасивний моніторинг мережі дозволяє отримати інформацію про інтенсив- ВИМОГИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ БЕЗДРОТОВИХ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 113 ність обміну в мережі. Якщо з певним вузлом ведеться інтенсивний обмін дани- ми, то це може свідчити про важливість вузла, а отже він може стати ціллю ата- ки. Зазвичай від пасивних атак дуже важко захиститися, а виявити їх у багатьох випадках неможливо. При цьому виді атак не порушується цілісність мережі та доступність даних, зате страждає конфіденційність. Активні атаки передбачають втру- чання в роботу про- токолів маршрутиза- ції через зміну полів повідомлень керу- вання, інформації про маршрутизацію або, одним з най- поширеніших спо- собів, спричиненням відмови в обслуго- вуванні. Найчастіше зустрічаються акти- вні атаки на мереже- вому рівні, а саме атаки маршрутизації: 1) підміна ідентифікатора, коли скомпрометований вузол може використо- вувати кілька псевдо ідентифікаторів та видавати себе за декілька вузлів. Такі атаки, зазвичай, використовують для порушення механізмів маршрутизації, аг- регації даних, розподіленого зберігання даних тощо. Чим більш рівноправних вузлів у мережі, тим більше мережа є схильною до такого типу атаки; 2) вибіркове видалення, яке полягає у тому, що скомпрометований вузол може вибірково видаляти певні пакети. Це призводить до порушення цілісності мережі та доступності даних; 3) модифікація інформації про маршрутизацію. Найбільш схильні до такої атаки мережі з певною децентралізацією, де прості вузли можуть виконувати функції маршрутизації та, відповідно, змінювати дані маршрутизації. Як наслі- док такої атаки може відбуватися збільшення часу на передавання маршруту із- за спотворених даних про маршрут, закільцювання маршруту тощо; 4) атаки типу "воронка", коли скомпрометований вузол починає концентру- вати на собі весь трафік мережі. В цьому разі скомпрометований вузол слухає запити на маршрути та відповідає, що знає короткий маршрут до центрального вузла. Через деякий час такому вузлу вдається сконцентрувати на собі велику частину трафіку мережі, що дозволяє йому модифікувати пакети даних; 5) атака через переповнення, яка являє собою широкосмугову атаку та наці- лена на спрямування у БСМ великої кількості непотрібних повідомлень. Така атака є ресурсозатратною для атакованої мережі, що спричинює зниження про- пускної здатності, зменшення енергетичних та обчислювальних ресурсів тощо; РИС. 7. Атаки проти інформаційної безпеки БСМ В.О. РОМАНОВ, І.Б. ГАЛЕЛЮКА, В.О. ОСТАПЕНКО Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 114 6) атаки типу "червоточина" передбачають, що в мережі є два або більше скомпрометованих вузлів. При цьому між такими вузлами створюється маршрут для передавання перехоплених пакетів, які стають недоступними для атакованої системи [7]. Така атака впливає на мережу загалом через передавання фальши- вих пакетів, які спричиняють спотворення маршрутних таблиць сусідніх вузлів. Іншим типом активної атаки є відмова в обслуговуванні. Така атака може бути результатом ненавмисного виходу з ладу будь-якого вузла мережі або ре- зультатом навмисних дій. Атака направлена на швидку трату всіх ресурсів ско- мпрометованого вузла шляхом розсилання непотрібних пакетів даних. При цьо- му користувачі мережі не можуть у повній мірі використовувати ресурси мережі із-за значної завантаженості [8]. Атаки такого типу направлені на руйнування мережі, розірвання бездротових каналів, створення подій у мережі, які унемож- ливлюють виконання мережею закладених у неї функцій тощо. До активних атак відносять захоплення вузла, що може зумовити розкриття важливої інформації, наприклад, криптографічних ключів. При успішній атаці цього типу може бути скомпрометовано цілу бездротову сенсорну мережу [9]. Активною загрозою бездротовій мережі є також несправність будь-якого ву- зла або вихід його з ладу. Несправний вузол може генерувати некоректні дані, що може зумовити порушення цілісності мережі. При виході з ладу вузла з фун- кціями маршрутизації може бути порушена маршрутизація мережі. До активних атак, крім того, слід віднести фальшування або копіювання ву- зла. Впровадження в мережу фальшивого вузла дозволяє такому вузлу розсилати некоректні дані, що може призвести, в певних випадках, до руйнування цілої мережі через розсилання зловмисного коду. При атаці копіюванням у мережу впроваджується завчасно підготовлений вузол, який використовує ідентифікатор існуючого в мережі вузла. Далі конфігураційні дані, які зібрані вузлом-копією, використовуються для маніпулювання сусідніми вузлами, що може призвести до захоплення керування цілим сегментом бездротової сенсорної мережі. Для протидії атакам використовуються механізми забезпечення інформа- ційної безпеки. Зазвичай, такі механізми призначені для ідентифікації, попере- дження та відновлення БСМ після атак різного типу. В залежності від рівня ви- користання механізми забезпечення безпеки можна розділити на механізми ви- сокого та низького рівня. До механізмів забезпечення безпеки низького рівня можна віднести такі: 1) керування ключами та використання центрів довіри. Оскільки вузли БСМ обмежені в обчислювальних та енергетичних ресурсах, то застосування шифру- вання асиметричними ключами недоцільне і нераціональне у БСМ. Краще вико- ристовувати симетричне шифрування. Механізми встановлення та керування ключами мають бути придатними та масштабованими для використання в мере- жах, які складаються з сотень або тисяч вузлів. Деякі принципи побудови БСМ передбачають, що вузли мають встановлювати ключі з сусідніми вузлами; 2) захищена маршрутизація. Як відомо, маршрутизація є основним проце- сом, без якого неможлива комунікація між вузлами взагалі. Але сучасні прото- коли маршрутизації при своїй, часто надмірній складності, містять багато враз- ВИМОГИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ БЕЗДРОТОВИХ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 115 ливостей інформаційній безпеці мережі в цілому. Найпростіші атаки передбача- ють включення неправдивих маршрутних даних в БСМ, що може порушити ка- нали передавання даних як між певними вузлами, так і у межах цілої мережі. Застосування нових методів аутентифікації та захищених протоколів маршрути- зації дозволить захиститися від подібних атак; 3) секретність та аутентифікація. БСМ гостро потребують захисту від про- слуховування, вбудування та модифікування пакетів даних. Криптографія є ста- ндартним механізмом захисту. Для певних типів БСМ виникають проблеми при застосуванні криптографії. Наприклад, для бездротових мереж з рівноправними вузлами криптографія дає високий рівень захисту, але потребує встановлення ключів між всіма вузлами мережі та є несумісною з широкосмуговим розсилан- ням повідомлень. Застосування криптографії на канальному рівні дозволяє легко встановлювати ключі та підтримує широкосмугове розсилання, але проміжні вузли зможуть перехоплювати та змінювати повідомлення; 4) захист від захоплення вузла. Така атака є досить серйозною проблемою, оскільки вузли не завжди знаходяться у недоступних для фізичного впливу міс- цях. З викраденого вузла можна отримати криптографічну інформацію, перепро- грамувати вузол або замінити викрадений вузол фальшивим вузлом з зловмис- ною програмою. Найбільш простими методами захисту від подібних атак є за- стосування захищених від злому корпусів, удосконалених алгоритмічних рішень або техніки хешування. 5) стійкість до відмов в обслуговуванні. Причинами відмов в обслуговуванні можуть бути неполадки апаратних ресурсів, помилки прикладних програм, па- раметри довкілля або сукупність вказаних факторів. Причиною, наприклад, мо- же бути потужний сигнал, яким намагалися заглушити всі комунікаційні канали та вивести БСМ з ладу. Протидією може бути використання механізму розшире- ного спектру, який дозволяє штучно розширити діапазон частот. До механізмів забезпечення безпеки високого рівня можна віднести такі: 1) захищене агрегування даних. Зазвичай, дані, які збираються з вузлів, аг- регуються на рівні базових станцій, які мають бути надійно захищені за допомо- гою захищених протоколів маршрутизації та надійних схем аутентифікації; 2) захищене керування групою. Кожний вузол має обмежені комунікаційні можливості, енергетичні та обчислювальні ресурси. Але певні функції, такі як агрегування та аналіз мережевих даних, можуть здійснюватися групою вузлів. Отже, необхідні захищені протоколи для керування групами вузлів БСМ, які ви- конують спільні функції. Такі протоколи повинні дозволяти приймати нові вуз- ли у функціональні групи та підтримувати захищену комунікацію між вузлами- членами такої групи; 3) ідентифікація вторгнень. БСМ схильні до різних вторгнень. Тому необ- хідна наявність механізмів ідентифікації вторгнень, які б проводили моніторинг стану мережі, ідентифікували можливі спроби проникнення та повідомляли ко- ристувача про такі спроби. При захисті від таких атак корисним буде викорис- тання захищених груп вузлів. Узагальнене представлення загроз та відповідних рішень наведено у табл. 3. В.О. РОМАНОВ, І.Б. ГАЛЕЛЮКА, В.О. ОСТАПЕНКО Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 116 ТАБЛИЦЯ 3. Узагальнене представлення загроз і рішень Загроза Вразливість Рішення 1 Пасивний моніторинг ме- режі Конфіденційність Криптографія, шифру- вання 2 Прослуховування та ана- ліз трафіку Конфіденційність Криптографія, шифру- вання 3 Атаки маршрутизації Цілісність мережі, маршрути- зація, доступність даних Захищена маршрути- зація, аутентифікація, керування ключами, центр довіри 3.1 Підміна ідентифікатора Механізми маршрутизації, аг- регація даних Захищена маршрути- зація, захищене агре- гування даних 3.2 Вибіркове видалення Цілісність мережі, доступність даних Захищена маршрути- зація 3.3 Модифікація інформації про маршрутизацію Таблиці маршрутизації Захищена маршрути- зація 3.4 Атаки типу "воронка" Маршрутизація, цілісність ме- режі Захищена маршрути- зація 3.5 Атака через переповнення Пропускна здатність каналів мережі, енергетичні та обчис- лювальні ресурси Захищена маршрути- зація 3.6 Атаки типу "червоточина" Цілісність мережі, таблиці ма- ршрутизації Захищена маршрути- зація 4 Відмова в обслуговуванні Цілісність мережі, енергетичні та обчислювальні ресурси Стійкість до відмов в обслуговуванні, зокре- ма механізм розшире- ного спектру 5 Захоплення вузла Цілісність мережі, криптогра- фічні ключі, конфіденційна інформація Ідентифікація вторг- нень 6 Несправність вузла або вихід його ладу Цілісність мережі Альтернативні марш- рути, вбудована діаг- ностика 7 Фальшування або копію- вання вузла Цілісність мережі, конфіден- ційна інформація Ідентифікація вторг- нень Висновки. 1. Бездротові сенсорні мережі – основа технології Інтернету ре- чей. Широке застосування технології Інтернету речей неможливе без забезпе- чення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж. 2. Основні вимоги до функціональної безпеки бездротових сенсорних мереж регламентовані сімейством міжнародних стандартів МЕК 61508 та МЕК 61511. Головна особливість цих нормативних документів – ризик-орієнтований підхід. ВИМОГИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ТА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ БЕЗДРОТОВИХ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 117 3. Нормативні документи, спрямовані на регламентацію вимог до інформа- ційної безпеки, поки що не розроблені, що стримує розвиток технології Інтерне- ту речей та її впровадження у різні сфери людської діяльності. 4. Проаналізовані підходи до забезпечення інформаційної безпеки бездрото- вих сенсорних мереж. Проаналізовано види атак на бездротові сенсорні мережі, наслідки дії цих атак і основані методи та засоби боротьби з загрозами та нас- лідками цих атак. 1. AUMA – функциональная безопасность – SIL. https:www.auma/ru/reshenija/service- conditirus functional-safety-sil/. 2. Palagin O.V., Romanov V.O., Galelyka I.B., Voronenko O.V., Brayko Yu.O., Imamutdino- va R.G. Wireless sensor network for precision farming and environmental protection. Informa- tion theories and applications. 2017. Vol. 24, N 1. P. 19–34. 3. Функциональная безопасность часть 5 из 6. Жизненный цикл информационной и функ- циональной безопасности. https://habrahabr.ru/post/322428/ 4. Функциональная безопасность часть 6 из 6. Оценивание показателей функциональной безопасности и надежности. https://habrahabr.ru/post/323776 5. ITU-T Recommendation E.408. Telecommunication Network Security Requirement, 2004. 6. Walters J.P., Liang Z., Shi W., Chaudhary V. Wireless Sensor Network Security: A Survey. Security in Distributed, Grid and Pervasive Computing. Yang Xiao (Eds), 2006. 7. Hu Y., Perrig C., Johnson D.B. Packet leashes: a defense against wormhole attacks in wireless networks. Twenty-Second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communica- tions Societies, Vol. 3. 3 April 2003. P. 1976–1986. 8. Blackert W.J., Gregg D.M., Castner A.K., Kyle E.M., Hom R.L., Jokerst R.M. Analyzing inte- raction between distributed denial of service attacks and mitigation technologies. Proc. DARPA Information Survivability Conference and Exposition. Vol. 1. 24 April 2003. P. 26–36. 9. Pathan A.S.K., Hyung-Woo Lee, Choong Seon Hong. Security in wireless sensor networks: issues and challenges. Advanced Communication technology (ICACT). 2006. Одержано 20.09.2017

Вимоги до забезпечення функціональної та інформаційної безпеки бездротових сенсорних мереж

Репозитарії

Схожі ресурси