Protecting contextual information in WSNs: Source -and receiver- location privacy solutions

• Autores: Rubén Ríos del Pozo
• Directores de la Tesis: Javier López Muñoz (dir. tes.) , Jorge Cuéllar Jaramillo (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Málaga ( España ) en 2014
• Idioma: español
• Número de páginas: 232
• Tribunal Calificador de la Tesis: Miquel Soriano Ibáñez (presid.) , María del Carmen Fernández Gago (secret.) , Pedro Peris López (voc.) , Pierangela Samarati (voc.) , Gregorio Martínez Pérez (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RIUMA
• Resumen

  • La privacidad es un derecho fundamental recogido por numerosas leyes y tratados entre los que destaca la Declaración 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 tecnología, en especial la mejora de los sistemas de recolección, analisis y diseminación de información, 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 inalámbricas de sensores, puede llegar a suponer un riesgo de privacidad sin precedentes dada su capacidad para recolectar información en cantidades y situaciones hasta el momento insospechadas. Existe, por tanto, una urgente necesidad de desarrollar mecanismos capaces de velar por nuestra información más sensible. Es precisamente éste uno de los objetivos principales de la presente tesis doctoral: facilitar la integración de las redes inalámbricas de sensores en nuestro día a día sin que éstas supongan un grave riesgo de privacidad. Esta tesis se centra en un problema de privacidad particular que viene derivado de la naturaleza inalámbrica de las comunicaciones y de la necesidad imperiosa de ahorrar energía que existe en estas redes de recursos restringidos. Para las redes de sensores, las comunicaciones suponen un gran porcentaje del presupuesto energético y, por ello, los protocolos de encaminamiento empleados tienden a minimizarlas, utilizando protocolos de camino óptimo. Aprovechándose de esta situación, un observador podría, mediante técnicas de análisis de tráfico 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 comunicación tradicionales, un grave riesgo para la privacidad. Dado que el problema de la privacidad de localización en redes de sensores se reduce a una cuestión de análisis de tráfico, parece razonable pensar que las soluciones desarrolladas a tal fin en redes de computadores pueden ser de utilida. Sin embargo, esta hipótesis ha sido rechazada en varias ocasiones con argumentos vagos al respecto de las limitaciones computacionales y energéticas 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 podríamos tener nodos sensores de gran capacidad. Por ello, uno de los objetivos de esta tesis ha sido realizar un análisis exhaustivo sobre la aplicabilidad de estas soluciones al ámbito de las redes de sensores, centrándonos no sólo en los requisitos computacionales sino también en las propiedades de anonimato que se persiguen, en los modelos de atacante y en las posibles limitaciones que podrían derivarse de su aplicación. Por otra parte, se ha realizado un amplio análisis de las soluciones de privacidad de localización existentes para redes de sensores. Este análisis no se ha centrado únicamente en estudiar las técnicas de protección de empleadas sino que además se ha esforzado en destacar las ventajas e inconvenientes de las distintas soluciones. Esto ha permitido desarrollar una completa taxonomía en varios niveles basada en los recursos que se desean proteger, los modelos de adversario a los que hacer frente y las principales características o técnicas empleadas por las diferentes soluciones. Además, 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 protección de la localización del origen de datos, mientras que la otra se ha enfocado a la protección de la estación 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 observación de que los mecanismos actuales se basan principalmente en el envío de paquetes siguiendo caminos aleatorios sin ningún conocimiento acerca de si estos caminos son realmente efectivos para hacer frente a un atacante local. La idea detrás de CALP es aprovechar la capacidad que tienen las redes de sensores para sentir lo que pasa en su entorno para desarrollar mecanismos de protección más inteligentes utilizando información acerca del atacante. De esta forma, se consigue reducir drásticamente el consumo energético de la solución y al mismo tiempo se reduce el retraso de las comunicaciones, ya que el mecanismo sólo se activa ante la presencia de un atacante. Aunque esta idea se ha aplicado únicamente a la protección de los nodos origen de datos, sus características indican que también sería posible aplicarla con éxito a la protección de la estación base. La segunda solución surge tras observar que las soluciones para proteger la estación base son demasiado costosas a nivel energético o, en su defecto, revelan información sobre su localización. Además, hasta la fecha ninguna solución había tenido en cuenta que si un atacante obtiene las tablas de rutas de un nodo obtiene información sobre la estación base. Nuestra solución, HISP-NC, se basa en dos mecanismos complementarios que, por un lado, hacen frente a ataques de análisis de tráfico y, por otro lado, protegen frente al nuevo modelo de atacante desarrollado. El primer mecanismo se basa en la homogeneización del tráfico en el entorno del camino y el segundo en la perturbación de la tabla de rutas, de manera que se dificulta el ataque al tiempo que se asegura la llegada de datos a la estación base.