Диссертация (Противодействие информационным угрозам VANET-сетям на основе аппарата фрактальных графов), страница 8

Такоепредставление является наиболее предпочтительным для Ad-hoc сетей, где каждыйузел является приемником и передатчиком информации. На рисунке 2.2представлен пример топологии VANET-сети из раздела 1 и ее графовоепредставление.Рисунок 2.2 – пример топологии VANET-сети и ее графовое представлениеУгроза множественной идентификации характеризуется на графе (рисунок2.3) появлением одной или нескольких вершин, представляющих виртуальныеузлы нарушителя.52Узел 1Узел 2УзелнарушителяУзел 3– виртуальный узел нарушителяРисунок 2.3 – Схема угрозы множественной идентификацииТакая угроза возможна из-за того, что принцип построения Ad-hoc сетей,подклассом которых является VANET, базируется на том что сеть обладаетвозможностью подключения новых участников.

Постоянный приток новых узлов,одновременно являющихся приемником и передатчиком данных, необходим вкачестве основного драйвера роста сети. При этом на текущий момент несуществуетдецентрализованныхалгоритмовпроверкикаждогоновогоподключения, вследствие чего в сеть могут вступать нелегитимные участники.Угроза имперсонации узла будет иметь сигнатуру на введённой графовоймодели (рисунок 2.4) в случае, когда нарушитель и атакуемый одновременнонаходятся в сети. В данном случае они будут обладать одним идентификатором ипредставлять на графе одну вершину и будет нарушаться ограничение на вес ребра.53Узел 1Узел 2УзелнарушителяУзел 3Отправитель: Узел 1Получатель: Узел 3Рисунок 2.4 – Схема угрозы имперсонации узлаНесмотря на то что угроза имперсонации узла возможна и в традиционныхсетях передачи данных, в контексте VANET она обладает большей степеньюкритичности.

В традиционных сетях эта угроза наиболее часто реализуетсяпосредством применения ARP-спуффинга, но особенностью является то, что такимобразом злоумышленник может влиять только на работоспособность локальнойсети. VANET сети не предусматривают разделение сети на таком уровне, поэтомуреализация угрозы имперсонации узла может быть направлена на любой узелучастник сети.Угроза Black Hole на графе (рисунок 2.5) характеризуется удалением ребери вершины (или множества вершин), смежной с вершиной, отвечающей за узелатакующего.54Узел 1Узел 3УзелнарушителяУзел 2СообщениеУзел 4Рисунок 2.5 – Схема угрозы Black HoleУгроза Black Hole опирается на основное свойство Ad-hoc сетей: каждыйузел одновременно является приемником и передатчиком информации. Такимобразом, отсутствует деление между пользовательским уровнем и уровнеммаршрутизации, вредоносное воздействие на который способно вызватьнарушение в функционировании всей сети.В случае если выборочный сброс пакетов в ходе реализации угрозы GrayHole будет приводить к потере соединения между узлами, графовая сигнатураугрозы (рисунок 2.6) будет аналогична сигнатуре угрозы Black Hole.55Узел 1Узел 3УзелнарушителяУзел 2Узел 4Рисунок 2.6 – Схема угрозы Gray HoleУгроза Gray Hole также актуальна для VANET из-за отсутствия деленияпользовательского уровня и уровня маршрутизации.Графовая сигнатура угрозы пересылки сообщений по выделенному каналу(рисунок 2.7) заключается в образование ребра с весом, превышающим допустимоезначение.Узел 1Узел 3Узелнарушителя 1Узелнарушителя 2Выделенный канал связиУзел 2Узел 4Рисунок 2.7 – Схема угрозы пересылки сообщений по выделенному каналу56Угроза пересылки сообщений по выделенному каналу актуальна дляVANET, потому что она опирается на принцип создания информационных связеймежду узлами сети, а также принципы алгоритмов маршрутизации, целью которыхявляется создание кратчайших маршрутов от источника до получателя.Дляугрозыфальсификациипараметров маршрутизациив случаеиспользования информации о расстоянии между узлами графовая сигнатура(рисунок 2.8) заключается в нарушение ограничения на вес уже существующегоребра.УзелнарушителяСообщениепротоколамаршрутизацииУзел 2Узел 3Узел 1Узел 4Поддельное положениеузла нарушителяРисунок 2.8 – Схема угрозы фальсификации параметров маршрутизацииУгрозу фальсификации параметров маршрутизации можно трактовать какобщий случай угрозы имперсонации и множественной идентификации узла,основнойпричинойсуществованиякоторыхявляетсяневозможностьдецентрализованного контроля и проверки вновь прибывших сеть узлов.Основными причинами появления и существования угроз безопасностиVANET на сетевом уровне являются:невозможность проверки и дальнейшего мониторинга состояниякаждого вновь прибывшего узла в условиях отсутствия централизованныхсерверов аутентификации;отсутствие какого-либо сегментирования инфраструктуры;отсутствие разграничений между уровнем пользователей и уровнеммаршрутизации;маршруты передачи данных оптимизируются исключительно по длине,без учета требований безопасности.573РАЗРАБОТКАСАМОРЕГУЛЯЦИИФРАКТАЛЬНЫХМЕТОДАСТРУКТУРЫГРАФОВИАВТОМАТИЗИРОВАННОЙСЕТИНАЕГООСНОВЕТЕОРИИИССЛЕДОВАНИЕСИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ VANET-СЕТИ3.1Представление VANET-сети в виде предфрактального графаРанее неоднократно упоминалась возможность представления VANET-сетив виде графа.

Такой подход позволяет формализовать различные свойства сети сточки зрения теории графов. Одним из видов графовых структур являютсяпредфрактальные графы, т.е. графы, подчиняющиеся фрактальным законам ипринципу самоподобия.В рамках исследования предлагается подход к построению двухуровневойVANET-сети с фрактальной топологией. Первый уровень представляет собоймножество статических (с точки зрения физического положения) узлов, связанныхтак же статического вида связями. В контексте VANET-сетей такими узламивыступают RSU.Второй уровень представляет собой динамическую структуру, в которой стечением времени меняется количество автомобилей (OBU) и связей. Сеть второгоуровня не возникает сама по себе, а пораждается одним (строго) из узлов первогоуровня (RSU). Именно сеть второго уровня будет рассматриваться в качествефрактальной,т. е.VANET-cети,топологиякоторойсоответствуетпредфрактальному графу.Начальное состояние сети второго уровня — это единичный узел превогоуровня (RSU), который гарантировано существует всегда, значит, вся сеть второгоуровня никогда не может полностью исчезнуть.Теперь необходимо определить и описать основные свойства и особенностипредфрактальных графов, которые могут быть перенесены на VANET-сети сфрактальной топологией.Вданномразделерассматриваютсяфундаментальныепринципыпостроения VANET-сетей с фрактальной топологией, основывающиеся на теории58предфрактальных графов.

Вводятся основные операции для образованияпредфрактальных структур, описывается система адресации и маршрутизации впредфрактальных графах.3.1.1Исследование принципов построения предфрактальных графовПредфрактальнымграфомназываетсяграф,образованныйсиспользованием рекурентного применения операции замены вершины затравкой(ЗВЗ) на каждом шаге роста его траектории для каждой из вершин графа.Затравкой называется любой связный граф, из которого будет получатьсяновый – предфрактальный граф. Появление нового предфрактального графавозможно в результате операции замены вершины затравкой.

Для наглядности, вданном разделе в качестве затравки принят полносвязный четырехугольник.Под операцией замены вершины затравкой рассматривается процедура, прикоторой в графе (на самом первом этапе – в затравке) выделяется вершина со всемиинцидентными ей ребрами, инцидентные ребра удаляются, а на место вершиныставится затравка, и восстанавливаются удаленные ребра (случайно или поопределенному правилу) [85].Необходимость явного удаления вершины несет определенные проблемы,как, например, изменение топологии графа (пусть и временное). Операциядобавления вершины, напротив, оставляет старую топологию нетронутой, лишьвносит в нее некоторые изменения [86]. Поэтому необходимо рассмотреть подходк операции ЗВЗ, при котором не будет происходить явного удаления вершины.

Дляэтого введем две элементарные операции повышения связности:Добавление вершины. При выполнении данной операции в графевыделяется некая вершина, далее добавляется совершенно новая вершина, котораясвязывается ребром с выделенной (или несколькими выделенными).Разбиение ребра. При выполнении данной операции в графе выделяетсяребро и две инцидентные вершины, далее ребро удаляется, при этом создаетсяновая вершина, смежная выделенным (и, не обязательно, другим).59Обозначим затравку как (, ), где – множество вершин графа, а –множество ребер [87].

Обе приведенные операции мы будем рассматривать какбиективные отображения на множестве графов.Операцию добавления вершины к предфрактальному графу обозначимчерез A.: (, ) → ′(′, ′), где ′ = ∪ ′, ′ = ∪ ′Операцию разбиения ребра обозначим через B.: (, ) → ′′(′′, ′′), где ′′ = ∪ ′′, ′′ = ( / ) ∪ ′1 ∪ ′2Для краткости будем обозначать А(H) и B(H).Теперь мы можем рассмотреть операцию ЗВЗ.Случай первый, замена вершины затравкой с использованием операциидобавления вершины (ЗВЗ(А)). Пусть у нас имеется граф-завтравка H (рисунок3.1а), Добавим к левой верхней вершине новую вершину w1 (рисунок 3.1б).Присоединим теперь к этой вершине новую w2, и свяжем ее с правой верхнейвершиной H; и вершину w3 и свяжем ее с левой нижней вершиной H и вершинойw2 (рисунок 3.1в).

Полученный результат, очевидно, аналогичен тому, как если бымы применили классическую операцию ЗВЗ к правой нижней вершине H. Однаков нашем случае не произошло явного удаления вершины.А)HБ)В)w1w2w3Рисунок 3.1 – Операция ЗВЗ с использованием добавления новой вершины60Случай второй, замена вершины затравкой с использованием операцииразбиения ребра (ЗВЗ(В)).