21 octobre 2011 à 14h en salle A003 à TELECOM SudParis

« Services AAA dans les réseaux ad hoc mobiles »

Jury :
– Mme Houda Labiod, maître de conférence HDR à Télécom ParisTech, rapporteur
– M. Christophe Bidan, maître de conférence HDR à Supélec, rapporteur
– M. Michel Barbeau, Professeur à Carleton University, examinateur
– M. Didier Begay, Risk Manager des offres chez Orange, examinateur
– M. Abdelmalek Benzekri, Professeur à l’IRIT, examinateur
– Mme Maryline Laurent, Professeur à Télécom SudParis, Directrice

Résumé :

La mobilité est une composante importante de la liberté des personnes. L’évolution des moyens technologiques y contribue au premier chef. Outre la question du transport, celle du maintien du lien entre les individus est en ce sens particulièrement prégnante. Elle a mis à rude épreuve la notion de réseaux de télécommunications puisqu’il s’agit de répondre, pour des individus éparpillés ou concentrés, mais mobiles, au besoin de rester reliés. De l’ère des réseaux analogiques à celle des réseaux numériques, de l’ère des réseaux filaires à celle des réseaux sans-fil et mobiles, la technologie n’a cessé d’évoluer. Ces dernières décennies ont vu apparaître des réseaux numériques sans-fil, où non seulement il y a mobilité des utilisateurs mais aussi mobilité de l’infrastructure du réseau à laquelle ils contribuent. Ces réseaux se constituent de façon spontanée. Ils se maintiennent de manière autonome. On les désigne par le terme réseaux ad hoc mobiles (en anglais Mobile Ad hoc Networks ou MANET) qui s’oppose naturellement à celui de réseaux à infrastructure.

La sécurité est une préoccupation générale des êtres humains. Ils en ressentent aussi le besoin en matière de réseaux. Ce besoin est particulièrement criant lorsque sont échangées des données critiques, financières ou stratégiques. La confidentialité des échanges, l’authentification des sources, l’assurance d’intégrité, la prévention de la récusation sont autant d’objectifs qu’il faut alors atteindre. Diverses solutions de sécurité ont été conçues dans cette optique pour les réseaux filaires puis ont ensuite été adaptées aux réseaux sans-fil et mobiles. Les architectures AAA (Authentication, Authorization, Accounting) en font partie. Elles sont en général utilisées dans un contexte commercial.

Tant par leur facilité de déploiement que par la baisse des coûts de mise en œuvre qu’ils engendrent, les réseaux ad hoc mobiles, après avoir bien servi dans le domaine militaire, semblent avoir un avenir dans les applications commerciales. C’est pourquoi, nous nous proposons dans cette thèse de concevoir une architecture AAA adaptée aux spécificités de ces réseaux.

Nous étudions d’abord les réseaux ad hoc mobiles et leurs caractéristiques. Ensuite, nous présentons les solutions de sécurité qui existent dans les réseaux à infrastructure. Nous examinons, en particulier, les solutions qui permettent le contrôle d’accès et dont sont engendrées les architectures AAA. Les solutions AAA proposées pour les MANETs sont par la suite analysées et classifiées afin de déterminer les manques et les vulnérabilités.

Cette étude approfondie nous amène à proposer une architecture AAA répondant aux attentes identifiées. C’est une architecture distribuée qui répond, en particulier, au besoin d’autonomie des opérations dans les MANETs et où les protocoles exécutés peuvent impliquer simultanément plus de deux parties. Un ensemble de protocoles et de mécanismes d’authentification et d’autorisation s’intégrant avec la suite des protocoles IPv6 a été proposé. Leur sécurité a été discutée. Celle, en particulier du protocole d’authentification a fait l’objet de validation formelle.

Contrairement aux protocoles utilisés dans la phase d’autorisation des services AAA proposés, le mode de communication multi-parties et multi-sauts du protocole d’authentification nous a pousser à mener une analyse approfondie de ses performances. Pour cela, nous avons eu recours, dans un premier temps, à la modélisation au moyen de calculs mathématiques explicites ensuite à la simulation. Les résultats obtenus montrent que ce protocole passe à l’échelle d’un MANET comprenant au moins cent nœuds. Dans certaines conditions d’implémentation que nous avons définies, ses performances, tant celles liée à sa probabilité de terminaison avec une issue favorable que celle portant sur son temps d’exécution, atteignent des valeurs optimales.

Abstract:

Mobility is an important component of people’s liberty. The evolution of technological means contributes to its enhancement. In addition to the transport issue, the question of keeping people connected is, in that context, particularly significant. Technological change strained the notion of telecommunications networks in the sense that scattered or clustered but mobile individuals had to remain in touch with others electronically. From the age of analogue networks to the digital networks era, from wired networks to wireless and mobile networks, technology has never stopped evolving. The last decades have witnessed the emergence of digital and wireless networks where not only the users, but also the network infrastructure to which they contribute, are mobile. These networks are spontaneously formed and autonomously maintained. They are termed Mobile Ad hoc Networks (MANETs), in contradistinction to infrastructure networks.

Security is a general concern of human beings. They feel the need for it when using a network, too. This need is particularly glaring when it comes to exchanging critical, financial or strategic data. Confidentiality of communications, source authentication, integrity assurance, prevention of repudiation, are all objectives to be achieved. Various security solutions have been devised in this context as wired networks were then adapted to wireless and mobile networks. AAA (Authentication, Authorization and Accounting) frameworks are among these solutions. They are generally used for commercial purposes, which raises financial issues — and we all know how much important they are.

Due to their ease of deployment and inexpensive implementation, MANETs, first used in the military field, seem to have a future in commercial applications. That is why the present thesis proposes to design an AAA service that is adapted to the characteristics of such networks.

In this perspective, the thesis examines, to begin with, mobile ad hoc networks in order to understand their characteristics and potentials. It then probes the security solutions that exist in infrastructure networks, with special emphasis on those dealing with access control and AAA services. The AAA solutions for MANETs proposed up to now are subsequently analyzed and classified in order to determine their strengths and weaknesses.

This in-depth study led to the design, in the second part of the thesis, of an AAA service that meets the expectations identified. It is a distributed service intended to answer the needs of autonomous operations in MANETs when a nearby operator is absent. It features several detailed authentication and authorization mechanisms and protocols with an authentication protocol simultaneously involving one or more parties. These protocols are designed such that they can be easily integrated to the IPv6 protocols suite. Moreover, their security is discussed — in particular, that of the authentication protocol thanks to a formal validation tool.

Unlike the communication mode of the authorization protocols, that of the authentication protocol is one-to-many, which led us to study more deeply its performances thanks to modeling using explicit mathematical computations and to simulations techniques. The obtained results showed that the protocol scales for a MANET including a hundred nodes. Under certain conditions that we explained, its performances, in terms of the probability of authentication success and the length of the executing time, reach optimal values.