Soluciones para la autenticación y gestión de subredes en manets y vanets

Resumen

En los últimos años las redes inalámbricas están ganando cada vez más popularidad conforme sus prestaciones aumentan y se descubren nuevas aplicaciones. Dichas redes permiten a sus usuarios acceder a información y recursos en tiempo real sin necesidad de estar físicamente conectados. Además, ofrecen una gran flexibilidad a un bajo coste ya que en general no hay necesidad de usar instalaciones cableadas lo que implica que sean fácilmente desplegables. Es por eso que resultan muy útiles en entornos donde es muy costoso instalar infraestructuras fijas, como son entornos militares, agrícolas, situaciones de emergencia, etc. Las redes móviles ad-hoc o MANETs (Mobile Ad-hoc NETworks) son un tipo de red inalámbrica, distribuida y sin autoridad central en las que los nodos son móviles. El comportamiento de una MANET es en muchos aspectos similar al de una red Peer-TO-Peer (P2P) pues en ambos casos los nodos de la red reciben y envían información de forma descentralizada. La gestión de las MANETs conlleva muchas dificultades ya que por ejemplo su topología cambia constantemente debido a la movilidad de los nodos y a la inexistencia de una infraestructura fija. Las redes ad-hoc vehiculares o VANETs (Vehicular Ad-hoc NETworks) pueden considerarse un subconjunto de las MANETs en las que los nodos móviles son vehículos. En su definición clásica, las VANETs permiten comunicar información no solo entre las unidades a bordo u OBUs (On Board Units) situadas en los vehículos, sino también con la infraestructura de la carretera o RSU (Road Side Unit). El objetivo principal de estos sistemas es proporcionar un mejor conocimiento de las condiciones de las carreteras a los conductores para reducir el número de accidentes y lograr que la conducción sea más cómoda y fluida, reduciendo con ello la cantidad de CO2 que los vehículos expulsan a la atmósfera. Las redes ad-hoc son especialmente vulnerables a varios tipos de ataques, tanto activos como pasivos. Por ejemplo, un atacante puede intentar emular a un nodo legítimo y capturar paquetes de datos y de control, destruir tablas de encaminamiento, etc. En particular, los efectos de los ataques a las VANETs pueden ser muy destructivos, ya que pueden llegar incluso a causar muertes. Por este motivo, el propósito fundamental de la presente Tesis es la propuesta de nuevas herramientas que permitan proteger las redes móviles ad-hoc contra diferentes ataques, asegurando en la medida de lo posible que la generación de información, así como su retransmisión se realizan correctamente. Para ello, se proponen y analizan aquí nuevos esquemas de autenticación y gestión de subredes en MANETs y VANETs. Hay que destacar que las simulaciones juegan un papel fundamental en este trabajo ya que permiten analizar y evaluar el comportamiento de las propuestas realizadas a gran escala y en diversas condiciones. En particular, gran parte de los algoritmos diseñados en esta Tesis han sido simulados con el simulador de redes NS-2 y el simulador de tráfico SUMO. También son de gran interés en esta Tesis las implementaciones de algunas de las propuestas en dispositivos reales, ya que no sólo permiten evaluar su comportamiento en entornos reales, sino descubrir problemas que las simulaciones no detectan, y obtener datos reales para alimentar simulaciones a gran escala. Las implementaciones en dispositivos reales se han llevado a cabo en particular en la plataforma Windows Mobile usando Visual Studio 2008. Como resultado práctico de este trabajo, y en colaboración con otras investigaciones, surge VAiPho (VANET in Phones), que es una herramienta para la asistencia a la conducción. VAiPho permite crear una red vehicular real utilizando únicamente teléfonos móviles inteligentes, sin necesidad de instalar ningún tipo de infraestructura ni en los vehículos ni en la carretera. VAiPho cuenta ya con varias aplicaciones en entornos urbanos, tales como la detección de atascos, plazas de aparcamiento libres y vehículo aparcado. Dicha herramienta es el producto de la implementación de una patente presentada por la Universidad de la Laguna como resultado de la investigación descrita en esta Tesis. Esta memoria se divide en cuatro capítulos. En el primero principalmente se presentan los conceptos previos que se utilizarán en el resto del documento. En el segundo capítulo dedicado a las MANETs se describen nuevos esquemas de gestión del ciclo de vida, de claves públicas, y de la topología de este tipo de redes. El tercer capítulo, orientado a las VANETs, recoge varias propuestas de autenticación y gestión de clústers. Finalmente, el cuarto capítulo presenta algunas cuestiones del diseño, implementación y resultados de la herramienta VAiPho, así como varias soluciones propuestas a un problema de fusión de subredes detectado tras la implementación de VAiPho. La presente investigación sigue en curso y el próximo objetivo es desarrollar una implementación completa y funcional de VAiPho para las principales plataformas móviles iOS y Android con el objetivo de analizar su comportamiento a gran escala en entornos reales.