Contribution au système de transport intelligent : sécurité des communications dans les réseaux Ad hoc véhiculaires

Contribution to the Intelligent Transportation System : Security of Communications in Vehicular Ad hoc Networks

• Auteur / Autrice : Youssef Inedjaren
• Direction : Jean-Pierre Barbot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : STIC (sciences et technologies de l'information et de la communication) - ED SI
• Date : Soutenance le 21/04/2021
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Quartz (Saint-Ouen, Seine-Saint-Denis) - Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Barbot, André-Luc Beylot, Abdelaali Chaoub, Malek Ghanes, Guillaume Bouffard, Mohamed Cherif Rahal, Besma Zeddini, Mohamed Maachaoui
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : André-Luc Beylot, Abdelaali Chaoub

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de transport intelligent

Mots clés libres

Gestion de confiance

Attaque blackhole

Blockchain

Système de transport intelligent

Sécurité

Vanet

Blackhole attack

Blockchain

Vanet

Security

Trust management

Intelligent Transport Systems

Résumé

Les systèmes de transport intelligents (ITS) sont un organe vital de l'évolution du secteur du transport routier et constituent l'une des principales étapes du mouvement vers l'automatisation des véhicules. Ces systèmes utilisent des technologies permettant aux véhicules de communiquer entre eux ou avec l'infrastructure routière. En augmentant la qualité et la fiabilité des informations, les STI peuvent améliorer la sécurité routière et l'efficacité du trafic, à condition que la cybersécurité et la protection des données soient assurées.Les réseaux ad hoc de véhicules (VANET) sont une projection des ITS et sont devenus un domaine de recherche important ces dernières années. Étant de nature ad hoc et ayant une mobilité élevée comme caractéristique principale, les VANET impliquent une topologie très dynamique, ce qui signifie que la plupart des protocoles de routage dédiés aux réseaux mobiles ad hoc (MANET) nécessitent des changements remarquables pour être adéquats pour les VANET.L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer les performances des entités physiques et des communications au sein d'un ITS en termes de sécurité. Nous nous concentrons sur la fiabilité, la connectivité et l'attaque du trou noir. Nous étudions et proposons des solutions techniques à partir de la couche réseau qui jouent un rôle fondamental dans l'atténuation des défis créés par la nature de l'environnement véhiculaire.Principalement, nos contributions sont de trois ordres. Premièrement, nous considérons les efforts visant à améliorer la fiabilité des communications dans les réseaux de véhicules. Ces efforts sont représentés par des protocoles proposés visant à assurer la livraison des messages au (x) destinataire (s). En nous concentrant sur les applications de sécurité, nous nous concentrons sur l'architecture de communication ETSI ITS, en appliquant la méthodologie Threat Vulnerability Risk Assessment (TVRA). Les résultats de notre analyse sont une liste de vulnérabilités avec leur niveau de risque de gravité. Deuxièmement, nous proposons le protocole FT-OLSR (Fuzzy Trust Optimized Link State Routing), qui est une nouvelle extension de sécurité du protocole OLSR existant. FT-OLSR est basé sur l'échange de messages de contrôle avec des voisins à un bond pour permettre à chaque véhicule de calculer le niveau de confiance de ses voisins en utilisant la logique floue. Enfin, nous proposons un système de gestion de la confiance décentralisé basé sur la blockchain. Ce système est basé sur le protocole FT-OLSR, qui utilise les messages de routage échangés (HELLO, TC) dans VANET, pour calculer les valeurs de confiance, puis détecter les véhicules du trou noir. Dans le schéma proposé, une fois que l'attaquant est identifié, il est isolé de la communication en partageant ces informations en toute sécurité sur le réseau à l'aide de la blockchain. En raison des ressources limitées des VANET, le modèle Proof-of-Trust (PoT) est inséré dans le FT-OLSR, au lieu d'utiliser Proof-of-Work ou Proof-of-Stake, dans lequel l'enjeu correspond à la valeur de confiance de chaque nœud mobile. L'algorithme de consensus PoT est utilisé pour élire les validateurs. Une fois qu'un attaquant est détecté, le validateur confirme l'intégrité du rapport et crée un bloc contenant les informations des attaquants. Le bloc est diffusé sur le réseau et ajouté à la blockchain locale de chaque véhicule. Par conséquent, si le même attaquant tente de communiquer à n'importe quel endroit du réseau, une seule recherche de la blockchain peut isoler l'attaquant.

Intelligent transport systems (ITS) are a vital organ of the road transportation sector evolution, and constitute one of the main steps of the movement towards vehicles automation. These systems use technologies allowing vehicles to communicate with each other or with road infrastructure. Increasing information quality and reliability, the ITS can improve road safety and traffic efficiency, in condition that the cyber-security and data protection are ensured.Vehicular AdHoc Networks (VANETs) are a projection of ITS and has emerged as an important area of research in recent years. Being ad hoc in nature and having high mobility as a main characteristic, VANETs involve a very dynamic topology, which means that most of the routing protocols dedicated for Mobile Adhoc Networks (MANETs) require remarkable changes to be adequate for VANETs.The main objective of this thesis is to improve the performance of physical entities and communications within an ITS in terms of security. We focus on reliability, connectivity and black hole attack. We study and propose technical solutions from the network layer which play a fundamental role in mitigating the challenges created by the nature of the vehicular environment.Mainly, our contributions are three folds. Firstly, we consider efforts to enhance the reliability for communication in vehicular networks. These efforts are represented by proposed protocols aiming to assure the delivery of messages to recipient(s). Focusing on safety applications, we focus on ETSI ITS communication architecture, by applying the Threat Vulnerability Risk Assessment (TVRA) methodology. The results of our analysis is a list of vulnerabilities with their risk level of seriousness. Secondly, we propose Fuzzy Trust Optimized Link State Routing (FT-OLSR) protocol, which is a new security extension of the existing OLSR protocol. FT-OLSR is based on exchanging control messages with one-hop neighbors to allow each vehicle to calculate the trust-level of its neighbors using fuzzy logic. Finally, we propose a decentralized block chain-Based Trust Management system. This system is based on the FT-OLSR protocol, that uses the exchanged routing messages (HELLO, TC) in VANET, to calculate Trust Values, then detect Black hole vehicles. In the proposed scheme, once the attacker is identified, it is isolated from the communication by sharing this information securely over the network using block chain. Owing to the fact of the limited resources in VANETs, The Proof-of-Trust (PoT) model is inserted into the FT-OLSR, instead of using Proof-of-Work or Proof-of-Stake, in which Stake is corresponding to the trust value of each mobile node. The PoT consensus algorithm is used to elect the validators. Once an attacker is detected, the validator confirms the integrity of the report and creates a block containing the attackers information. The block is broadcast over the network and added to the local block chain of each vehicle. Consequently, if the same attacker attempts to communicate at any location on the network, a single lookup of the block chain can isolate the attacker.