Surcoût de l'authentification et du consensus dans la sécurité des réseaux sans fil véhiculaires

Authentification and consensus overhead in vehicular ad hoc networks

• Auteur / Autrice : Jonathan Petit
• Direction : Zoubir Mammeri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Réseaux ad hoc de véhicules

Authentification

Réseaux locaux sans fil

Mots clés libres

Authentification

Surcoût

Consensus

Dsrc

Sécurité

Réseaux sans fil véhiculaires

Résumé

Les réseaux ad hoc sans fil véhiculaires (VANET) permettent les communications entre véhicules afin d'augmenter la sécurité routière et d'agrémenter l'expérience de conduite. Une catégorie d'applications ayant suscité un fort intérêt est celle liée à la sécurité du trafic routier. Un exemple prometteur est l'alerte de danger local qui permet d'accroitre la " ligne de vue " du conducteur en lui proposant un ensemble d'alertes afin d'anticiper des situations potentiellement dangereuses. En raison de leurs contraintes temporelles fortes et les conséquences critiques d'une mauvaise utilisation, il est primordial d'assurer des communications sécurisées. Mais l'ajout de services de sécurité entraîne un surcoût de calcul et réseau. C'est pourquoi l'objectif de notre travail est d'établir un cadre général (de manière analytique) du surcoût de la sécurité sur le délai de transfert d'une alerte. Parmi les mécanismes de sécurité conventionnels, le service d'authentification apparaît comme la pierre angulaire de la sécurité des VANETs. De plus, l'authentification est utilisée pour chaque message émis ou reçu. Il est donc potentiellement le service le plus consommateur. C'est pourquoi, nous nous focalisons sur ce service. Nous nous posons ainsi les questions suivantes : quel est le coût de l'authentification ? Quel est son impact sur l'application d'alerte de danger local ? La première contribution de cette thèse est l'élaboration d'une formule permettant le calcul du surcoût de la signature numérique. Mais l'authentification ne sera pas le seul mécanisme de sécurité déployé. Le consensus est notamment un des mécanismes fréquemment employés afin d'instaurer une confiance entre les véhicules. En effet, grâce à une méthode de décision et à partir d'un ensemble de messages, le consensus vise à obtenir un commun accord sur une valeur ou une action entre les véhicules. Ainsi, nous devons comprendre comment définir les paramètres de consensus afin de réduire l'impact de ce mécanisme sur le délai et la distance de freinage ? Comment s'intègre le consensus dans la formule globale de surcoût de l'authentification ? C'est notamment à ces questions que cette thèse répond. Notre deuxième contribution est une méthode de décision dynamique qui analyse l'environnement réseau courant (nombre de voisins à portée de communication), et explore le contenu des alertes. Il en résulte une réduction du nombre de paquets à examiner et donc une réaction plus rapide et plus adaptée à l'alerte.

In 2007, road accidents have cost 110 deaths, 4600 injuries and €438 millions daily in the European Union. The damage is similarly devastating in the United States with 102 deaths, 7900 injuries and 30 millions daily. Therefore, industry consortia, governments, and automotive companies, have made the reduction of vehicular fatalities a top priority. To raise this challenge, a main idea is to make vehicles and roads smarter thanks to wireless communications. Indeed, wireless communications will increase the line-of-sight of the driver and make vehicles aware of their environment. Smart vehicles and roads will form a wireless vehicular network (VANET). The VSC Project details 75 applications that could be deployed on vehicular networks. Applications are divided in three categories: safety-related, traffic optimization and infotainment. Automotive safety-related applications aim to assist drivers in avoiding vehicular accidents, by providing advisories and early warnings to drivers, using broadcast vehicle-to-vehicle (V2V) communications. Vehicles typically communicate as per the Dedicated Short Range Communication standard (DSRC), and broadcast messages in response to certain notified events (emergency message) or periodically (beacon message). In this thesis, we focus on V2V communications in Local Danger Warning (LDW) application, which is considered one of the most promising active safety applications for inter-vehicle communication. Since drivers of vehicles participating in V2V communications are expected to act on messages received from other participants, it is clearly necessary that these messages be transmitted in a secure fashion. Unfortunately, security mechanisms come with overhead that impact the performance of the V2V communications, and hence that of the safety applications. The IEEE 1609. 2 standard for vehicular ad hoc networks is based on the ECDSA algorithm for supporting the authentication mechanism. The main goal of this work is to define a formula, which assesses the authentication overhead in VANET. We also introduce the problem of consensus, which is an additional mechanism that impacts the total time overhead of ECDSA. Indeed, when you receive a message, you could legitimately ask: "Should I trust this message?". The consensus aims at increasing trust. But consensus mechanism comes with overheads. We investigate the network performance and propose new decision methods and techniques to reduce these overheads.