دفاع در برابر حملات سیاه چاله در شبکه های موردی سیار با استفاده از سیستم ایمنی مصنوعی WORD

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فهرست جدول‌ها‌ی

فهرست شکل‌‌ها‌ک

چکیده......1

فصل اول: کلیات تحقیق..........2

1-1مقدمه.........3.

1-2 اهداف پایان نامه.......4

1-3 ساختار پایان نامه...........4

فصل دوم: بستر تحقیق.......5

2-1 شبکه های موردی سیار.......6

2-1-1 مسیریابی در شبکه­های موردی سیار........6

2-1-2 پروتکل­های مبتنی بر جدول........7

2-1-2-1 پروتکل بردار فاصله مرحله به مرحله مقصدDSDV............7

2-1-2-2 پروتکل(WRP).........8

2-1-3 پروتکل­های مبتنی بر تقاضا.............................................................................................9

2 -1-3-1 پروتکل مسیر­یابیترتیبی موقتی TORA...........................................................9

2 -1-3-2 پروتکل مسیریابی AODV..............................................................................11

2 -1-3-3 پروتکل مسیریابیمنبع پویا DSR...................................................................13

2-1-4 امنیت در شبکه­های موردی سیار...................................................................................15

2-1-5 تقسیم ­بندی انواع حملات در شبکه های موردی سیار.................................................15

2 -1-5-1 حملات لایه شبکه..........................................................................................15

2-1-5-2 حملات لایه انتقال..........................................................................................19

2-1-5-3 حملات لایه کاربردی.....................................................................................19

2-1-6 حملات سیاه چاله در شبکه­های موردی سیار..............................................................20

2 -1-6-1 مقدمه ای بر حملات سیاه چاله ....................................................................20

2-1-6-1-1 حملات سیاه­چاله داخلی ......................................................................21

2-1-6-1-2 حملات سیاه­چاله خارجی ......................................................................21

2-2 سیستم ایمنی مصنوعی...................................................................................................................22

2-2-1 مقدمه................................................................................................................................22

2-2-2اهداف سیستم ایمنی مصنوعی..........................................................................................23

2-2-3ایمنی.................................................................................................................................24

2 -2-3-1ایمنی ذاتی...........................................................................................................24

2-2-3- 2ایمنی اکتسابی......................................................................................................24

4-2-2 سلول های B....................................................................................................................26

5-2-2سلول های T و وظایف آن...............................................................................................26

2 -2-5-1 انتخاب سلول Tدر تیموس................................................................................27

2-2-6آنتی بادی .........................................................................................................................28

2-2-7آنتی ژن ............................................................................................................................28

2-2-8مولکول های عرضه کننده اجزای آنتی ژن ها...................................................................28

2-2-9 انتخاب منفی ....................................................................................................................29

2-2-10انتخاب مثبت .................................................................................................................29

2-2-11مدل ایمنی شبکه ............................................................................................................30

2-2-12 نحوه فعال شدن سیستم ایمنی مصنوعی بدن انسان........................................................31

2-2-13 مراحل شروع تا بلوغ سلول Tدر بدن............................................................................33

2-2-14 حرکت سلول هایAPC تا گره لنفی.............................................................................34

2-2-15نظریه خطر.....................................................................................................................34

فصل سوم: مروری بر تحقیقات انجام شده....................................................................................36

3-1 استفاده از جدول درستی برای شناسایی حملات سیاه­چاله....................................................38

3-2 استفاده از تعدادی قوانین برای درستکار بودن گره پاسخ دهنده............................................38

3-3 شناسایی گره مخرب با استفاده از شماره توالی.....................................................................39

3-4 شناسایی حملات سیاه­چاله با استفاده از رفتار گره ها............................................................39

3-5 شناسایی حملات سیاه­چاله با استفاده از جدول مسیر یابی گره ها........................................40

3-6 تشخیص حملات سیاه­چاله با استفاده از ضریب اعتماد گره ها ............................................40

3-7 شناسایی حملات سیاه­چاله در پروتکل مسیر یابی DSR.......................................................41

3-8 تشخیص حملات سیاه­چاله با استفاده از متریک های اعتماد.................................................41

3-9 شناسایی حملات سیاه چاله با بررسی رفتار گره های همسایه..............................................42

3-10 استفاده از گره نگهبان برای تشخیص حملات سیاه­چاله......................................................42

3-11 روشی برای اعتبار سنجی گره های شرکت کننده در مسیریابی و شناسایی گره مخرب......43

3-12 استفاده از سیستم تشخیص نفوذ IDS برای شناسایی حملات سیاه چاله............................43

3-13 شناسایی حملات با استفاده از درخواست تایید مسیر CREQو پاسخ تایید مسیر.............44

3-14 استفاده از پروتکل Ariadne برای جلوگیری از حملات سیاه چاله....................................44

3-15 سیستم یادگیری پویا برای تشخیص و جلوگیری از سیاه­چاله با بهبود پروتکل......AODV45

3-16 شناسایی حملات سیاه­چاله با استفاده از اطلاعات گام بعدی گره ها...................................45

3-17 شناسایی حملات سیاه­چاله گروهی در شبکه های موردی بی سیم.....................................46

فصل چهارم:مکانیسم دفاعی پیشنهادی در برابر حملات سیاه چاله47

4-1 مقدمه.....................................................................................................................................48

4-2 تناظر یک به یک بین بدن انسان و شبکه های موردی سیار..................................................49

4-3 جزئیات روش پیشنهادی برای تشخیص حملات سیاه­چاله...................................................50

فصل پنجم: ارزیابی روش پیشنهادی55

5-1 معیارهای ارزیابی56

5-2 محیط شبیه سازی و طراحی سناریو58

5-3 توضیح مختصر سناریوهای شبیه سازی59

5-4 نتایج شبیه سازی61

فصل ششم: نتیجه­گیری و کارهای آینده64

6-1 نتیجه­گیری ............................................................................................................................65

6-2 پیشنهادات ............................................................................................................................65

ج- واژه نامه..........................................................................................................................................66

فهرست منابع و ماخذ.............................................................................................................................70

Abstract................................................................................................................................................71

فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول ‏3-1 شماره گره­های مخرب44

جدول5-1 پارامترهای شبیه­سازی58

فهرست شکل‌‌ها

عنوان صفحه

شکل 1-1 نمونه ای از حملات سیاه­چاله.................................................................................................3

شکل 2-1 انواع پروتکل مسیر­یابی موردی...............................................................................................7

شکل ‏2‑2همه پخش برای کشف مسیر در TORA.......10

شکل ‏2-3 یک نمونه از کشف مسیر در TORA.11

شکل 2-4همه پخش جهت کشف مسیر در AODV12

شکل ‏2-5 کشف مسیر در AODV12

شکل 2-6 همه پخشی برای کشف مسیر در DSR14

شکل 2-7 یک نمونه از کشف مسیر در DSR14

شکل 2-8 نمونه ای از حملا کرم چاله17

شکل ‏2-9 نمونه حملات سیاه­چاله 21

شکل 2-10 خصوصیات حملات سیاه­چاله22

شکل ‏2-11 پاسخ اولیه و ثانویه ایمنی25

شکل 2-12 انتخاب سلول Tدر تیموس27

شکل 2-13 آناتومی یک آنتی بادی بر اساس نظریه ایمنی شبکه30

شکل 2-14 فرایند فعال شدن سیستم ایمنی بدن32

شکل 4-1 ارسال داده از گره دو به گره پنج از طریق گره های یک و شش48

شکل 4-2 ارسال داده از گره دو به گره پنج و حذف بسته از طریق گره صفر (سیاه چاله)49

شکل 4-3 همه پخشی برای کشف مسیر در DSR51

شکل 4-4 یک نمونه از کشف مسیر در DSR51

شکل 4-5 نمونه حملات سیاه­چاله در DSR51

شکل 4-6 فلوچارت روش پیشنهادی 52

شکل 4-7 الگوریتم اموزش تشخیص دهنده53

شکل 4-8 الگوریتم انتخاب بهترین مسیر54 شکل 5-1 بسته ارسالی از گره صفر به درستی به گره مقصد می رسد59

شکل 5-2 نسبت تحویل بسته برای DSR وروش پیشنهادی AIS-DSRبا زمان60

شکل 5-3 تاخیر انتها به انتها برای DSR وروش پیشنهادی AIS-DSRبا زمان....................................61

 شکل 5-4 توان عملیاتی برای DSR وروش پیشنهادی AIS-DSRبا زمان62

شکل 5-5 تعداد بسته های حذف شده برای DSR و روش پیشنهادی AIS-DSR با زمان...................63

 چکیده

شبکه‌های موردی سیار، شبکه‌هایی متشکل از دستگاه­های بی‌سیمی هستند که در کنار هم یک شبکه با قابلیت خودسازماندهی را به وجود می‌آورند. این شبکه‌ها دارای هیچ زیرساختار ارتباطی ثابتی نبوده و برای ارتباطات با سایر گره­ها از گره‌های میانی استفاده می­شود. این شبکه ها علیرغم داشتن مزایای زیاد بدلیل بی­سیم بودن کانال و وابستگی هر گره به گره های میانی با نگرانی امنیتی زیادی مواجه است. یکی از این نگرانی های احتمالی وقوع حملات سیاه­چاله می­باشد. در این حمله که بر روی پروتکل های مسیر­یابی شبکه­های موردی سیار اعمال می­شود، گره مهاجم خود را بعنوان نزدیکترین گره به گره مقصد اعلام می­کند ولذا گره­های شبکه در ارسال بسته­های خود به مقاصد مختلف، این گره را بعنوان گره میانی خود انتخاب می­کند. نتیجه این است که این گره می­تواند بسته های دریافتی را به جای ارسال به مقصد، حذف نماید. در این پایان‌نامه، جهت دفاع در برابر حملات سیاه‌چاله در شبکه‌های موردی سیار از الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی استفاده می‌کنیم. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می­دهد، روش پیشنهادی که AIS-DSRنامیده می­شود،در مقایسه با پروتکل DSR از نظر نرخ تحویل بسته، توان عملیاتی، تعداد بسته های حذف شده و تاخیر انتها به انتها کارایی بالاتری دارد.

 واژه‌های کلیدی: شبکه‌های موردی سیار، مسیریابی، حملات سیاه‌چاله، سیستم ایمنی مصنوعی ، AIS-DSR

 فصل اول

 کلیات تحقیق

 فصل اول: کلیات تحقیق

1-1 مقدمه

 شبکه‌های موردی سیار شبکه‌های بدون زیرساخت می­باشند که به وسیله مجموعه‌ای از میزبان‌های سیار تشکیل یافته‌اند و از طریق لینک های بی‌سیم به یکدیگر متصل شده‌اند. در این شبکه­ها هر گره می‌تواند به عنوان یک سیستم نهایی عمل کند و علاوه بر آن می‌تواند در نقش یک روتر بسته‌ها را ارسال کند. در شبکه موردی بی‌سیم دو گره می­توانند از طریق یک گام یا از طریق چندین گام به یکدیگر متصل شوند. توپولوژی شبکه‌های موردی بی‌سیم ممکن است به طور متناوب و در نتیجه جابجایی گره ها تغییر یابد؛ بنابراین با این تکنولوژی گره­ها می‌توانند به راحتی موقعیت خود را تغییر دهند. وسایل استفاده ‌شده در شبکه‌های موردی بی‌سیم می­توانند به شکل‌های مختلفی وجود داشته باشند اما دارای فعالیت پایه‌ای یکسانی می‌باشند؛ یعنی همه گره­ها حداقل تا یک اندازه دارای استقلال عمل هستند. مبحث مسیریابی و امنیت در شبکه‌های موردی سیار بی‌سیم یکی از مهم‌ترین چالش‌ها می‌باشد که از میان مباحث مربوط به امنیت بحث حملات به شبکه‌های موردی سیار همیشه مورد توجه بوده است. حمله سیاه­چاله یکی از مهم­ترین این حملات می­باشد که در آن مهاجم با انتشار اخبار دروغین مسیریابی برای کوتاه­ترین مسیر، ترافیک شبکه را به طرف خود جذب می­کند و سپس تمام بسته های ارسالی را حذف می­کند. حمله سیاه ­چاله‌ها می‌تواند به وسیله یک گره و یا چندین گره صورت بگیرد. در شکل 1-1یک نمونه ای از حمله سیاه­چاله نشان داده شده است.

 شکل1-1: نمونه ای از حملات سیاه­چاله

 در این پایان‌نامه جهت دفاع در برابر حملات سیاه‌چاله از سیستم ایمنی مصنوعی استفاده می­کنیم. که از سیستم ایمنی بدن انسان الهام گرفته شده است؛ با توجه به ویژه­گی­های شبکه های موردی سیار، میتوان به شباهت میان بدن انسان با این سیستم­ها پی برد. گره های کوچک به کار گرفته شده در شبکه­های موردی بی­سیم را می­توان مانند سلول­های بدن انسان در نظر گرفت که با کمک همدیگر می­توانند کارهای بزرگتری را انجام دهند، به همین علت به نظر می­رسد که ازسیستم ایمنی مصنوعی بدن بتوان به عنوان الگویی برای ایجاد امنیت و جلوگیری از حملات سیاه­چاله در شبکه­های موردی سیار استفاده نمود. سیستم ایمنی بدن انسان دارای قابلیت یادگیری قوی است که باعث می‌شود به مرور زمان سیستم یادگیری قوی­تر داشته باشد. همچنین این سیستم می­تواند رفتار مناسب را با سلول­های مهاجم در پیش گیرد و خود را برای حمله­های احتمالی مجهز نماید. پس برای مقابله با حملات سیاه­چاله از آن استفاده می­کنیم.

 1-2 اهداف پایان‌نامه

در این پایان نامه تهدیدات امنیتی که توسط حملات سیاه­چاله ایجاد می­شود را تجزیه و تحلیل کرده و راهکار مناسب برای این نوع حملات را پیشنهاد می­دهیم. هدف از انجام این پایان‌نامه به‌کارگیری سیستم ایمنی مصنوعی برای تشخیص و دفاع در برابر حملات سیاه‌چاله در شبکه‌های موردی سیار می­باشد. در نتیجه یک مکانیسم مناسب جهت مقابله با این حمله با الهام از سیستم ایمنی مصنوعی که می‌تواند به بهتر شدن امنیت شبکه کمک کرده و باعث ارتقاء کارایی شبکه گردد ارائه می­دهیم.

 1-3 ساختار پایان‌نامه

این پایان‌نامه حاوی 6 فصل می‌باشد. در فصل دوم بستر تحقیق که شامل مرور کامل بر شبکه‌های موردی سیار، پروتکل‌های مسیریابی، مبحث امنیت، دسته‌بندی انواع حملات و به دنبال آن سیستم ایمنی مصنوعی است، بیان می­شود. فصل سوم، مروری بر تحقیقات انجام‌شده در زمینه تشخیص حملات سیاه‌چالهمی­باشد. فصل چهارم به معرفی روش پیشنهادی دفاع در برابر حملات سیاه­چاله با استفاده از سیستم ایمنی مصنوعی می‌پردازد. در فصل پنجم، نتایجحاصل از شبیه‌سازی الگوریتم پیشنهادی با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌ساز NS-2ارائه‌شده و عملکرد آن نیز مورد بحث قرار گرفته است. و در نهایت فصل ششم، نتیجه­گیری و کارهای آتی این پایان نامه می­باشد.

 فصل دوم

 بستر تحقیق

 فصل دوم: بستر تحقیق

2-1 شبکه‌های موردی سیار

شبکه‌های موردی سیار شبکه‌های بدون زیر ساختارمی باشند که به وسیله مجموعه‌ای از میزبان‌های سیار تشکیل یافته‌اند و از طریق لینک­های بی‌سیم به یکدیگر متصل شده‌اند و هر گره می‌تواند به عنوان یک سیستم نهایی عمل کند. و علاوه بر آن می‌تواند در نقش یک روتر بسته‌ها را ارسال کند؛ در یک شبکه موردی سیار بی‌سیم دو گره ممکن است یا از طریق یک گام یا از طریق چندین گام به یکدیگر متصل باشند. توپولوژی شبکه‌های موردی بی‌سیم ممکن است به طور متناوب و در نتیجه جابجایی گرهها تغییر یابد، بنابراین با این تکنولوژی گره­ها می‌توانند به راحتی موقعیت خود را با همسایگان محلی تغییر دهند. وسایل استفاده‌شده در شبکه‌های موردی بی‌سیم به شکل‌های مختلفی ممکن است وجود داشته باشند اما دارای فعالیت پایه‌ای یکسانی می‌باشند، یعنی همه گرهها حداقل تا یک اندازه دارای استقلال عمل می‌باشند.

 2-1-1 مسیریابی در شبکه‌های موردی سیار

مسیریابی یعنی انتقال بسته‌های اطلاعاتی از یک مبدأ به یک مقصد خاص می‌باشد. در شبکه زیربنای مسیریابی در حالتی که میزبان‌ها سیار بوده و مسیریاب‌ها ثابت بودند انجام می‌گرفت؛اما در شبکه‌های موردی سیار بی‌سیم خود مسیریاب‌ها نیز سیارمی­باشند و این تغییرات مداوم در توپولوژی شبکه باعث می‌شود مسیریابی در شبکه موردی سیار بی‌سیم پیچیده به نظر برسد؛ بنابراین مسیریابی و امنیت در شبکه‌های موردی سیار بی‌سیم یکی از مهم‌ترین چالش‌ها می‌باشد. در این بخش به بررسی مسیریابی در شبکه‌های موردی سیار خواهیم پرداخت و روش‌های مختلفی که برای مسیریابی در شبکه موردی سیار وجود دارد را دسته‌بندی کرده و به صورت گذرا نگاهی به پروتکل‌های هر کدام خواهیم انداخت. از زمان پیدایش شبکه‌های موردی سیار پروتکل‌های زیادی گسترش‌یافته‌اند از جمله پروتکل‌هایی که خصوصیات منحصر به فردی داشتند مانند مصرف برق بالا، پهنای باند پایین، نرخ خطای بالا و مسیریابی با چندین گذر. پروتکل‌های مسیریابی موردی به دو دسته تقسیم می‌شوند: پروتکل‌های مبتنی بر جدول^[1] و پروتکل‌های مبتنی بر تقاضا ^[2]