Диссертация (Противодействие информационным угрозам VANET-сетям на основе аппарата фрактальных графов)

Федеральное государственное автономноеобразовательное учреждение высшего образования«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»ИВАНОВ ДЕНИС ВАДИМОВИЧПРОТИВОДЕЙСТВИЕ ИНФОРМАЦИОННЫМ УГРОЗАМ VANET-СЕТЯМ НАОСНОВЕ АППАРАТА ФРАКТАЛЬНЫХ ГРАФОВСпециальность 05.13.19 «Методы и системы защиты информации,информационная безопасность»Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:Кандидат технических наукМосквин Д.А.Санкт-Петербург –20182СодержаниеВведение .......................................................................................................................... 4Термины и определения...............................................................................................

91 Исследование специфики построения VANET-сетей и применяемых в нихмеханизмов безопасности ...................................................................................... 111.1 Особенности архитектуры VANET-сетей ...................................................... 111.1.11.1.2Разновидности и область применения Ad-hoc сетей ...................... 11Стандарты построения VANET-сетей .............................................. 161.1.3Стандарты безопасности VANET-сетей ...........................................

231.2 Обзор существующих проектов VANET-сетей и используемых в нихмеханизмов безопасности ................................................................................ 261.2.1Проект V2V NHTSA ........................................................................... 261.2.2Проект Network on Wheels ................................................................. 281.2.31.2.4Проект COMeSafety ............................................................................

29Проект AutoNet2030 ........................................................................... 311.2.5Проект SARTRE .................................................................................. 321.2.6Подход к построению VANET-сетей на основе программноконфигурируемых сетей..................................................................... 331.2.7Сравнениемеханизмовбезопасности,используемыхвсуществующих проектах VANET-сетей...........................................

362 Разработка модели угроз VANET-сетям на основе графового представления..................................................................................................................................... 382.1 Разработка классификации угроз безопасности VANET-сетям .................. 392.2 Угрозы информационной безопасности актуальные для VANET ............... 452.3 Исследование угроз информационной безопасности VANET, реализуемыхна сетевом уровне и их представление на графе ........................................... 503 Разработка метода автоматизированной саморегуляции структуры сети наоснове теории фрактальных графов и его исследование с использованиемимитационной модели VANET-сети.................................................................... 573.1 Представление VANET-сети в виде предфрактального графа .................... 573.1.1Исследование принципов построения предфрактальных графов .

583.1.2Разработка подхода к адресации вершин предфрактальных графовна основе принципа самоподобия ..................................................... 623.1.3Разработка алгоритма маршрутизации для предфрактальныхграфов ................................................................................................... 673.2 Описание метода саморегуляции VANET-сети с фрактальной топологией7433.3 Исследование предложенного метода автоматизированной саморегуляции сиспользованием имитационной модели VANET-сети ..................................

814 Разработка методики проверки защищенности VANET-сетей отинформационных угроз сетевого уровня ........................................................... 854.1 Описание механизмов обеспечения безопасности VANET-сетей от угроз насетевом уровне .................................................................................................. 854.1.1Механизм обеспечения безопасности от угрозы «Множественнаяидентификация» .................................................................................. 854.1.2Механизм обеспечения безопасности от угроз «Black hole» и «Grayhole» ...................................................................................................... 874.1.3Механизм обеспечения безопасности от угрозы «Имперсонация»............................................................................................................... 894.1.4Механизм обеспечения безопасности от угрозы «Пересылкасообщений по выделенному каналу» ...............................................

914.1.5Механизм обеспечения безопасности от угрозы «Фальсификацияпараметров маршрутизации» ............................................................. 924.2 Оценка минимальной и максимальной длины маршрута в VANET-сети cпредфрактальной топологией .......................................................................... 924.3 Методика проверки защищенности VANET-сетей от информационныхугроз сетевого уровня на основе принципа самоподобия ............................ 985 Построение архитектуры и разработка прототипа децентрализованнойсистемы, реализующей предложенную методику проверки защищенности................................................................................................................................... 1025.1 Архитектура системы .....................................................................................

1025.2 Алгоритмы работы системы .......................................................................... 1065.3 Разработка прототипа системы...................................................................... 1145.4 Программно-аппаратная реализация модуля OBU ..................................... 122Заключение .................................................................................................................

124Список источников ................................................................................................... 1254ВВЕДЕНИЕИнформационные технологии давно проникли в самые различные сферычеловеческойжизни.Практическилюбойсовременныйбизнес-процессавтоматизирован и выполняется компьютером: документооборот, логистика,денежные переводы, различные технологические процессы, все эти процессыпереданы под контроль вычислительным системам. Такая тенденция сохраняется,и масштабы повсеместной автоматизации продолжают расти. Вместе с масштабамисетей растет и сложность контроля над ними, процесс администрирования крупныхразнородных сетей требует все больше ресурсов для мониторинга, выявления ипредотвращения возможных деструктивных информационных воздействий на них.Таким образом, современная инфраструктура нуждается в инструментарии,выстраивающим упорядоченный процесс мониторинга, управления и реакции наотклонения в работе крупномасштабных сетей.Одним из перспективных видов таких крупномасштабных сетей являютсяавтомобильные сети связи VANET (Vehicular Ad-hoc Networks).

ТехнологияVANET является расширением технологии беспроводных самоорганизующихсясетей (Ad-hoc), где в качестве приемника и передатчика информации выступаютавтомобили. Основной задачей таких сетей является повышение эффективности ибезопасности дорожного движения за счет [1]: помощи водителю (навигация, предотвращение столкновений и сменаполос); информирование (об ограничении скорости или зоне ремонтныхработ); предупреждения (послеаварийные, о препятствиях или состояниидорог).В настоящее время при поддержке индустрии, государственных иакадемическихинститутоввмиревыполняютсянескольконаучно-исследовательских проектов, направленных на разработку и принятие стандартовтаких автомобильных сетей [2].5Несмотря на то что VANET сети являются разновидностью технологии Ad-hocсетей, проблема обеспечения информационной безопасности стоит крайне остроиз-за специфики работы автомобильных сетей.

Для VANET сетей характернадинамическая природа сети, частая смена топологии сети, непостоянныепользователи и кратковременные связи [3]. Эти особенности работы VANET сетейтребуют разработки специальных механизмов обеспечения безопасности.ПроблемеобеспеченияинформационнойбезопасностиVANET-сетейпосвящено множество исследований российских и иностранных ученых, таких какР.А. Бельфер, М.О.

Калинин, Д.П. Зегжда, Е.А. Кучерявый, М. Герлах, Х. Хасруни,Г. Гуйет. Предлагаемый подход развивает существующую методологиюобеспечения безопасности VANET-сетей в части децентрализации и основываетсяна применении принципа самоподобия и теории фрактальных графов. Такойподход позволяет выявлять самоподобные характеристики сети, в противномслучае сигнализируя об аномалии в работе сети с целью дальнейшего исследованияпричин ее возникновения.Проблеме обеспечения информационной безопасности VANET-сетейпосвящено множество исследований российских и иностранных ученых, таких какР.А.

Бельфер, М.О. Калинин, Д.П. Зегжда, Е.А. Кучерявый, М. Герлах, Х. Хасруни,Г. Гуйет. Предлагаемый автором подход развивает существующую методологиюобеспечения безопасности VANET-сетей в части децентрализации и основываетсяна применении теории фрактальных графов. Такой подход позволяет выявлятьсамоподобные характеристики сети, в противном случае сигнализируя обаномалии в работе сети с целью дальнейшего исследования причин еевозникновения.Целью работы является обеспечение защищенности VANET-сетей наосновеавтоматизированногопротиводействияинформационнымугрозамбезопасности путем саморегуляции структуры сети с использованием теориифрактальных графов.Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:61.Исследование специфики построения VANET-сетей и применяемых вних механизмов безопасности.2.Разработка модели угроз VANET-сетям на основе графовогопредставления.3.Разработка метода автоматизированной саморегуляции структурысети на основе теории фрактальных графов и его исследование с использованиемимитационной модели VANET-сети.4.Разработка методики проверки защищенности VANET-сетей отинформационных угроз сетевого уровня.5.Построение архитектуры и разработка прототипа децентрализованнойсистемы, реализующей предложенную методику проверки защищенности.Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:1.Впервые предложено для предотвращения угроз VANET-сетейиспользовать теорию фрактальных графов.2.Сформулирована теорема о необходимом условии достижимостисостояния защищенности от угроз сетевого уровня в VANET-сетях.3.Для оценки топологических характеристик сети разработана системарекурсивной адресации узлов.4.Разработана методика проверки защищенности VANET-сетей отинформационных угроз сетевого уровня на основе теории фрактальных графов.Теоретическую значимость работы составляет представление VANET-сетив виде предфрактального графа, разработка метода автоматизированнойсаморегуляции структуры и определение условий защищенности сети.Практическая значимость.