Sécurité dans les réseaux mobiles de nouvelle génération

Les réseaux de nouvelle génération visent à converger les réseaux fixes et mobiles hétérogènes afin d'offrir tous les services à travers un réseau coeur tout IP. Faisant parti du réseau d'accès mobile, un des principaux objectifs du réseau 4G est de permettre une relève ininterrompue entre les réseaux cellulaires et WIFI pour ainsi favoriser l'apprivoisement de services vidéo mobiles exigeant des critères de qualité de service très stricts à moindres coûts. Cependant, l'uniformisation du trafic au niveau de la couche réseau favorise sa centralisation à travers un réseau coeur IP partagé par tous les opérateurs, la rendant ainsi comme une cible vulnérable de choix pour les pirates informatiques. La conception de solutions sécuritaires dans un environnement où les entités ne se connaissent pas à priori s'annonce comme une tâche très ardue. La thèse se penche sur quatre problématiques importantes dans les réseaux de nouvelle génération dont chacune est traitée dans un article distinct. Les deux premiers articles touchent à la sécurité dans un contexte décentralisé, à savoir les réseaux mobiles ad hoc (MANETs), alors que les deux derniers proposent des mécanismes innovateurs pour sécuriser des solutions visant à réduire la consommation de bande passante et d'énergie, en conformité avec le virage vert informatique promu par les opérateurs réseautiques. Plus précisément, le troisième article traite de la sécurisation des flots multicast dans un environnement à haut taux de perte de paquet et le dernier propose une solution d'optimisation de route sécuritaire pour mobile IPv6 (MIPv6) utilisant une version améliorée de l'algorithme de genération d'adresses cryptographiques (CGA) et les extensions de sécurité du système de nom de domaine (DNSSEC). Les systèmes de détection d'intrusion (IDS) pour les MANETs basés sur la réputation des noeuds classifient les participants du réseau selon leur degré de confiance. Cependant, ils partagent tous une vulnérabilité commune : l'impossibilité de détecter et de réagir aux attaques complices. Le premier article propose un IDS qui intègre efficacement le risque de collusion entre deux ou plusieurs noeuds malveillants dans le calcul de la fiabilité d'un chemin. L'algorithme propos´e ne se limite pas qu'au nombre et à la réputation des noeuds intermédiaires formant un chemin, mais intègre également d'autres informations pertinentes sur les voisins des noeuds intermédiaires d'un chemin pouvant superviser le message original et celui retransmis. Le IDS proposé détecte efficacement les noeuds malicieux et complices dans le but de les isoler rapidement du réseau. Les simulations lancées dans divers environnements MANETs contenant une proportion variable d'attaquants complices montrent bien l'efficacité du IDS proposée en offrant un gain en débit considérable comparativement aux solutions existantes. À l'instar de prévenir les comportements égoïstes des noeuds par la menace d'être privés de certaines fonctions, voire même isolés du réseau, due à une baisse de réputation, le second article opte pour un incitatif non-punitif en la monnaie virtuelle plus communément appelée nuglets. Plus précisément, l'article présente un cadre de travail issu de la théorie des jeux basé sur la compétition de Bertrand pour inciter les noeuds intermédiaires à retransmettre les messages selon les requis de QoS demandés par la source. Pour qu'un noeud source envoie ou accède à un flot sensible à la QoS comme par exemple les applications en temps réel, il débute par envoyer un contrat qui spécifie les critères de QoS, sa durée et son prix de réserve. Sur réception du contrat, les noeuds intermédiaires formant une route entre la source et la destination partagent les informations sur eux-mêmes et celles recueillies sur les noeuds voisins, anciens et courants pour estimer la probabilité de bris de contrat ainsi que le nombre de compétiteurs actifs. Ces deux paramètres sont cruciaux dans le processus de fixation des prix. Une fois les réponses de route recueillies, la source choisit la route la moins chère. Le cadre de travail multijoueur proposé, basé sur la compétition de Bertrand avec des firmes asymétriques et ayant accès à de l'information imparfaite, possède un équilibre de Nash en stratégies mixtes dans lequel le profit des firmes est positif et baisse non seulement avec le nombre de compétiteurs, mais aussi avec l'impression d'une précision accrue que les compétiteurs ont sur le coût de production du joueur. Les résultats montrent que l'incertitude sur les coûts augmente le taux de la marge brute et la fluctuation des prix tout en diminuant les chances d'honorer le contrat. Dans un autre ordre d'idée, l'intérêt sans cesse grandissant des opérateurs à converger les réseaux fixes et mobiles dans le but d'offrir une relève sans interruption favorise l'utilisation des applications vidéo mobiles qui surchargeront rapidement leurs réseaux. Dans un contexte du virage vert qui prend de plus en plus d'ampleur dans le domaine des télécommunications, la transmission des flots en multidiffusion (multicast) devient essentiel dans le but de réduire la consommation de bande passante et la congestion du réseau en rejoignant simultanément plusieurs destinataires. La sécurisation des flots en multidiffusion a été largement étudiée dans la littérature antérieure, cependant aucune des solutions proposées ne tient compte des contraintes imposées par les liaisons sans fil et la mobilité des noeuds, en particulier le haut taux de perte de paquets. La nécessité d'un mécanisme de distribution de clés régénératrices efficace et pouvant supporter un grand bassin d'abonnés pour les réseaux mobiles n'aura jamais été aussi urgent avec l'arrivée de la convergence fixe-mobile dans les réseaux 4G. Le troisième article présente deux algorithmes de clés régénératrices basés sur les chaînes de hachage bidirectionnelles pour le protocole de distribution de clés logical key hierarchy (LKH). Ainsi, un membre ayant perdu jusqu'à un certain nombre de clés de déchiffrement consécutives pourrait lui-même les régénérer sans faire la requête de retransmission au serveur de clés. Les simulations effectuées montrent que les algorithmes proposés offrent des améliorations considérables dans un environnement de réseau mobile à taux de perte de paquet, notamment dans le percentage de messages déchiffrés. Le souci d'efficacité énergétique est également présent pour les opérateurs de réseaux cellulaires. D'ailleurs, près de la moitié des abonnements sur Internet proviennent présentement d'unités mobiles et il est attendu que ce groupe d'utilisateurs deviennent le plus grand bassin d'usagers sur Internet dans la prochaine décennie. Pour supporter cette croissance rapide du nombre d'utilisateurs mobiles, le choix le plus naturel pour les opérateurs serait de remplacer mobile IPv4 par MIPv6. Or, la fonction d'optimisation de route (RO), qui remplace le routage triangulaire inefficace de MIP en permettant au noeud mobile (MN) une communication bidirectionnelle avec le noeud correspondant (CN) sans faire passer les messages à travers l'agent du réseau mère (HA), est déficiente au niveau de la sécurité. L'absence d'informations pré-partagées entre le MN et le CN rend la sécurisation du RO un défi de taille. MIPv6 adopte la routabilité de retour (RR) qui est davantage un mécanisme qui vérifie l'accessibilité du MN sur son adresse du réseau mère (HoA) et du réseau visité (CoA) plutôt qu'une fonction de sécurité. D'autres travaux se sont attaqués aux nombreuses failles de sécurité du RR, mais soit leur conception est fautive, soit leurs suppositions sont irréalistes. Le quatrième article présente une version améliorée de l'algorithme de génération cryptographique d'adresse (ECGA) pour MIPv6 qui intègre une chaîne de hachage arrière et offre de lier plusieurs adresses CGA ensemble. ECGA élimine les attaques de compromis temps-mémoire tout en étant efficace. Ce mécanisme de génération d'adresse fait parti du protocole Secure MIPv6 (SMIPv6) proposé avec un RO sécuritaire et efficace grâce à DNSSEC pour valider les CGAs qui proviennent d'un domaine de confiance et qui permet une authentification forte plutôt que l'invariance de source. Le vérificateur de protocoles cryptographiques dans le modèle formel AVISPA a été utilisé pour montrer qu'aucune faille de sécurité n'est présente tout en limitant au maximum les messages échangés dans le réseau d'accès.