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Anonymity and Privacy in Wireless Mobile Ad Hoc Networks

Anonymität und Privatsphäre in drahtlosen mobilen ad hoc Netzwerken

by Somayeh Taheri
Doctoral thesis
Date of Examination:2011-12-12
Date of issue:2012-11-21
Advisor:Prof. Dr. Dieter Hogrefe
Referee:Prof. Dr. Dieter Hogrefe
Referee:Prof. Dr. Jian Ren
Referee:Prof. Dr. Xiaoming Fu
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2557

 

 

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Name:taheri.pdf
Size:1.96Mb
Format:PDF
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Abstract

English

Privacy has become a necessary property of networks as being considered as an important aspect of security by both network providers and customers. Privacy in general means to conceal one's personal information from others unless the ones who are allowed to access those information. Nowadays, many different services and applications are subject to privacy protection, e.g. in every day Internet usage for instance when the user registers with a website, protecting his personal information is critical while he may feel having nothing to hide. In ad hoc routing protocols, privacy becomes an important issue when mobile ad hoc networks enter security critical domains. In ad hoc networks due to the lack of a centralized support every device relying on other nodes for data transmission is responsible for its own routing operations and security issues. In this dissertation we present the methodology, design and the results of our research to achieve further steps toward private communication in ad hoc networks in hostile environments. Privacy in wireless environments is divided into two types: Identity anonymity and location privacy. Identity anonymity, as the main anonymity property, has attracted a lot of attention among researchers during the last decade. Identity anonymity has been addressed in many MANET (Mobile Ad hoc NETwork) routing protocols while location privacy is attracting an increasing attention and still needs appropriate solutions. Almost all of the existing works are designed to provide identity anonymity for MANETs rather than location privacy. In the routing protocols that provide identity anonymity, a strong enough traffic analyser could still track the nodes' locations in active routes. Privacy in ad hoc networks is a challenging issue due to the common vulnerabilities of wireless mobile networks. The attacker can launch traffic analysis against the routing information as well as eavesdropping the packets and tracing message flows in the network to discover their origin using an appropriate set of directional antennas. We believe that one of the important existing problems in the area of ad hoc network security is location privacy. Besides, although operating as groups is required by many ad hoc applications there is only a sparse work on anonymous multicast routing algorithms in the literature. Regarding the lack of appropriate anonymous multicast routing protocols for MANETS, we came up with the opinion that privacy in one-to-many communication is a challenge remaining to be solved in this kind of wireless networks. This thesis investigates solutions for network elements' anonymity and location privacy in unicast and multicast applications of MANETs. We propose a mechanism for destination location privacy in unicast ad hoc routing against a global eavesdropper as well as a framework for anonymous multicast routing for mobile ad hoc networks. We will provide both privacy analysis and implementation to evaluate the performance of our ideas. The evaluations demonstrate that the proposed techniques are successful in achieving the privacy goals while keeping the performance in a high level.
Keywords: privacy; anonymity; location privacy; ad hoc networks; MANET; pseudonymity; security; multicast; group communication; mesh

Other Languages

Privatsphäre ist eine notwendige Eigenschaft von Netzwerken, da sie als wichtiger Aspekt der Sicherheit angesehen wird, sowohl für Netzwerkbetreiber als auch für Kunden. Unter Privatsphäre versteht man im allgemeinen das verbergen von persönlichen Informationen gegenüber anderen, außer derjenige hat explizit den Zugriff auf diese Informationen erlaubt. Heutzutage haben viele verschiedene Dienstleistungen und Anwendungen die Anforderung nach dem Schutz der Privatsphäre, z. B. wenn sich ein Nutzer auf einer Webseite registriert, ist der Schutz seiner persönlichen Informationen kritisch, während er wahrscheinlich das Gefühl hat nichts verbergen zu müssen. In ad hoc Routing-Protokollen spielt die Privatsphäre eine besondere Rolle, besonders wenn sich mobile ad hoc Netzwerke in sicherheitskritischen Domänen befinden. Aufgrund der Tatsache, dass es in ad hoc Netzwerken keine zentrale Stelle zur Unterstützung gibt, müssen sich die (Netzwerk-)Knoten auf die anderen Knoten im Netzwerk verlassen, um Daten zu übertragen. Da muss sich sich jeder Knoten selbst, um das Routing und die damit verbundenen sicherheitsrelevante Aspekte kümmern. In dieser Dissertation präsentieren wir Methodik, Design und Ergebnisse unserer Forschung, die sich mit der Verbesserung der Privatsphäre in ad hoc Netzwerken in feindlichen Umgebungen beschäftigt. Die Privatsphäre in drahtlosen Umgebungen kann man in zwei Arten untergliedern: Anonymität der Identität und Privatsphäre des Standorts. Anonymität der Identität, als Haupteigenschaft der Anonymität, hat in der letzten Dekade eine Menge Aufmerksamkeit unter Forschern auf sich gezogen. Die Anonymität der Identität wurde in vielen Routing-Protokollen für MANETs (mobile ad hoc Netzwerke) adressiert, während für die Privatsphäre des Standorts bisher noch geeignete Lösungen gefunden werden konnte. Fast alle existierenden Forschungsarbeiten sind so konzipiert, dass sie sich eher um die Anonymität der Identität kümmern anstatt sich mit der Privatsphäre des Standorts zu beschäftigen. In Routing-Protokollen, die die Anonymität der Identität unterstützen, kann immer noch mit einem starken Datenverkehranalysewerkzeugen der Standort von Netzwerkknoten bestimmt werden, die aktiv am Routing des Netzwerks beteiligt sind. Die Privatsphäre in ad hoc Netzwerken ist ein herausragendes Thema, aufgrund der allgemeinen Schwachstellen, die sich in drahtlosen mobilen Netzwerken befinden. Ein Angreifer kann den Datenverkehr analysieren, um Informationen über Routen im Netzwerk zu erhalten oder mit Hilfe von Richtantennen Datenpakete abhören und den Nachrichtenfluss im Netzwerk verfolgen, um den Ursprung von Nachrichten zu enttarnen. Aus diesem Grund glauben wir, dass eines der bestehenden wichtigen Probleme im Bereich der ad hoc Netzwerksicherheit die Privatsphäre des Standorts ist. Zusätzlich, obwohl oft Anwendungen für Gruppen in ad hoc Netzwerken benötigt werden, gibt es bisher wenige Forschungsarbeiten zum Thema anonyme Multicast-Routing-Algorithmen. Hinsichtlich des Mangels an geeigneten anonymen Multicast-Routing-Algorithmen für MANETs, sind wir der Meinung, dass die eins-zu-vielen Kommunikation eine verbleibende Herausforderung in drahtlosen Netzwerken ist. In dieser Arbeit untersuchen wir Lösungen für die Anonymität von Netzwerkknoten und für den Schutz der Privatsphäre des Standorts in unicast und multicast Anwendungen in MANETs. Wir schlagen sowohl einen Mechanismus für den Schutz der Privatsphäre des Standorts des Zielknotens in unicast ad hoc Routing-Algorithmen, der gegen globales Abhören schützen soll, als auch ein Framework für anonymes multicast Routing für MANETs, vor. Die Arbeit umfasst sowohl eine theoretische Analyse der Privatsphäre als auch eine praktische Implementierung, um die Leistungsfähigkeit unserer Ideen zu überprüfen. Die Auswertung unserer Ergebnisse zeigt, dass die vorgeschlagenen Techniken erfolgreich die Ziele zur Verbesserung der Privatsphäre erreichen, während die generelle Leistungsfähigkeit hoch ist.
Schlagwörter: Privatsphäre; Anonymität; Privatsphäre des Standorts; ad hoc Netzwerke; MANET; Pseudoanonymität; Sicherheit; Multicast; Gruppenkommunikation; Mesh
 

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