Protecting Contextual Information in WSNs: Source- and Receiver-Location Privacy Solutions
Rubén Ríos del Pozo · Dialnet (Universidad de la Rioja) · 2014
La privacidad es un derecho fundamental recogido por numerosas leyes y tratados entre los que destaca la Declaracion Universal de los Derechos Humanos de las Naciones Unidas. Sin embargo, este derecho fundamental se ha visto vulnerado en numerosas ocasiones a lo largo de la historia; y el desarrollo de la tecnologia, en especial la mejora de los sistemas de recoleccion, analisis y diseminacion de informacion, han tenido gran parte de culpa. En la actualidad nos encontramos en un punto en el que el desarrollo y despliegue de sistemas ubicuos, encabezados por las redes inalambricas de sensores, puede llegar a suponer un riesgo de privacidad sin precedentes dada su capacidad para recolectar informacion en cantidades y situaciones hasta el momento insospechadas. Existe, por tanto, una urgente necesidad de desarrollar mecanismos capaces de velar por nuestra informacion mas sensible. Es precisamente este uno de los objetivos principales de la presente tesis doctoral: facilitar la integracion de las redes inalambricas de sensores en nuestro dia a dia sin que estas supongan un grave riesgo de privacidad. Esta tesis se centra en un problema de privacidad particular que viene derivado de la naturaleza inalambrica de las comunicaciones y de la necesidad imperiosa de ahorrar energia que existe en estas redes de recursos restringidos. Para las redes de sensores, las comunicaciones suponen un gran porcentaje del presupuesto energetico y, por ello, los protocolos de encaminamiento empleados tienden a minimizarlas, utilizando protocolos de camino optimo. Aprovechandose de esta situacion, un observador podria, mediante tecnicas de analisis de trafico no demasiado sofisticadas, y sin necesidad de descifrar el contenido de los paquete, determinar el origen y el destino de las comunicaciones. Esto supone, al igual que en los sistemas de comunicacion tradicionales, un grave riesgo para la privacidad. Dado que el problema de la privacidad de localizacion en redes de sensores se reduce a una cuestion de analisis de trafico, parece razonable pensar que las soluciones desarrolladas a tal fin en redes de computadores pueden ser de utilida. Sin embargo, esta hipotesis ha sido rechazada en varias ocasiones con argumentos vagos al respecto de las limitaciones computacionales y energeticas de las redes de sensores. Nosotros consideramos que esto no es motivo suficiente para descartar estas soluciones ya que, a pesar de la tendencia actual, en el futuro podriamos tener nodos sensores de gran capacidad. Por ello, uno de los objetivos de esta tesis ha sido realizar un analisis exhaustivo sobre la aplicabilidad de estas soluciones al ambito de las redes de sensores, centrandonos no solo en los requisitos computacionales sino tambien en las propiedades de anonimato que se persiguen, en los modelos de atacante y en las posibles limitaciones que podrian derivarse de su aplicacion. Por otra parte, se ha realizado un amplio analisis de las soluciones de privacidad de localizacion existentes para redes de sensores. Este analisis no se ha centrado unicamente en estudiar las tecnicas de proteccion de empleadas sino que ademas se ha esforzado en destacar las ventajas e inconvenientes de las distintas soluciones. Esto ha permitido desarrollar una completa taxonomia en varios niveles basada en los recursos que se desean proteger, los modelos de adversario a los que hacer frente y las principales caracteristicas o tecnicas empleadas por las diferentes soluciones. Ademas, a partir de esto se han detectado una serie de problemas abiertos y puntos de mejora del estado del arte actual, que se han plasmado en dos nuevas soluciones; una de las soluciones se ha centrado en la proteccion de la localizacion del origen de datos, mientras que la otra se ha enfocado a la proteccion de la estacion base. Ambas soluciones tienen en cuenta atacantes con un rango de escucha parcial y capaces de desplazarse en el terreno para observar las comunicaciones en diferentes zonas de la red. La primera de las soluciones desarrolladas parte de la observacion de que los mecanismos actuales se basan principalmente en el envio de paquetes siguiendo caminos aleatorios sin ningun conocimiento acerca de si estos caminos son realmente efectivos para hacer frente a un atacante local. La idea detras de CALP es aprovechar la capacidad que tienen las redes de sensores para sentir lo que pasa en su entorno para desarrollar mecanismos de proteccion mas inteligentes utilizando informacion acerca del atacante. De esta forma, se consigue reducir drasticamente el consumo energetico de la solucion y al mismo tiempo se reduce el retraso de las comunicaciones, ya que el mecanismo solo se activa ante la presencia de un atacante. Aunque esta idea se ha aplicado unicamente a la proteccion de los nodos origen de datos, sus caracteristicas indican que tambien seria posible aplicarla con exito a la proteccion de la estacion base. La segunda solucion surge tras observar que las soluciones para proteger la estacion base son demasiado costosas a nivel energetico o, en su defecto, revelan informacion sobre su localizacion. Ademas, hasta la fecha ninguna solucion habia tenido en cuenta que si un atacante obtiene las tablas de rutas de un nodo obtiene informacion sobre la estacion base. Nuestra solucion, HISP-NC, se basa en dos mecanismos complementarios que, por un lado, hacen frente a ataques de analisis de trafico y, por otro lado, protegen frente al nuevo modelo de atacante desarrollado. El primer mecanismo se basa en la homogeneizacion del trafico en el entorno del camino y el segundo en la perturbacion de la tabla de rutas, de manera que se dificulta el ataque al tiempo que se asegura la llegada de datos a la estacion base.