Um esquema bio-inspirado para tolerância à má-conduta em sistemas de quórum apoiando serviços de operação em manets

Abstract

Resumo: As redes ad hoc móvel (MANETs) são formadas dinamicamente por dispositivos móveis (nós) com restrição de recursos. Os serviços de operação de rede precisam lidar com as características dessas redes, como a mobilidade e a falta de recursos dos nós, a fim de gerenciar os seus dados e de apoiar o funcionamento das aplicações, A disponibilidade de dados geralmente é obtida por técnicas de replicação, sendo que os sistemas de quórum têm se apresentado como um método eficaz na replicação de dados em MANETs, provendo robustez às aplicações. Porém, os sistemas de quórum existentes para as MANETs não focam na segurança dos dados e das operações, sendo vulneráveis à ação de nós de má-eonduta, A maioria dos mecanismos atuais para a detecção de nós de má-eonduta em MANETs utiliza entidades centrais ou necessita da confiança entre os nós para uma correta detecção, o que resulta em uma sobrecarga de mensagens. Desta forma, este trabalho propõe um esquema para a tolerância de nós de má-conduta nas operações de replicação em um sistema de quórum probabilístico, O esquema proposto, chamado de QS2, tem como inspiração os mecanismos biológicos de sensoriamento em quórum e de seleção por parentesco, ambos encontrados em bactérias. Diferentemente dos sistemas existentes na literatura, o QS2 é autónomo, auto-organizado e distribuído. Nesse esquema, os nós monitoram a qualidade da interação entre eles e classificam e selecionam os nós de acordo com o comportamento observado, O QS2 é avaliado por meio de simulações e os resultados obtidos mostram que, comparado com um sistema de quórum probabilístico para MANETs sem o uso do QS2, ele proporciona um aumento de até 87% na confiabilidade em cenários com ataques de injeção de dados nas operações de replicação, Além disso, o esquema apresenta uma eficácia na detecção de nós egoístas em torno de 98,5% com uma taxa de falsos positivos menor que 2%, enquanto que na identificação de nós maliciosos a eficácia é em média de 80%, com uma taxa de falsos positivos inferior a 1%, O QS2 foi aplicado e avaliado em dois cenários realísticos de MANETs, G nesses cenários ele proporcionou uma melhora superior a 55% na confiabilidade dos dados, observando que nesses cenários a constante mudança de topologia resultou em uma quantidade de dados desatualizados superior a quantidade de dados falsos no sistema de replicação.

Abstract: Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) consist of mobile devices (nodes) which dynamically exchange data without any fixed base station. Operational services have to deal with peculiar characteristics of these networks, such as mobility and lack of resources, in order to manage their data and to support applications. The availability of data is usually obtained by replication, and quorum systems have been used as an effective method for data replication in MANETs, providing robustness to applications. However, existing quorum systems for MANETs do not focus on data security and operations are vulnerable to the action of misbehaving nodes. Most of the current mechanisms for misbehavior detection use central entities or need to establish trust relationships among nodes to correctly detect misbehaving nodes, resulting in an overhead to the system. Thus, this work proposes a scheme to tolerate misbehaving nodes in replication operations on a probabilistic quorum system for MANETS, The proposed scheme, called QS2, has been inspired by biological mechanisms in quorum sensing and kin selection, both present in bacteria. Unlike existing systems in the literature, QS2 is autonomous, self-organized and distributed. In this scheme, nodes monitor the quality of interaction and select and classify other nodes according to the observed behavior, QS2 is evaluated through simulations and the results show that, compared with a probabilistic quorum system for Q S 2 in scenarios with data injection attacks on data replication. Moreover, the scheme has a detection efficiency of selfish nodes about 98,5% with a false positive ratio of less than 2%, while the efficiency on the identification of malicious nodes is on average 80%, with a false positive ratio of less than 1%, QS2 has been implemented and evaluated in two realistic scenarios for MANETs, and it provided an improvement higher than 55% in data reliability, observing that in these scenarios the constant change of topology resulted in a number of outdated data higher than the amount of false data in the replication system.