مقاله چالش ها و تهدیدات امنیتی شبکه های حسگر بی سیم ( WSN ) و راه حل های امنیتی

بخشی از مقاله

چکیده

مهمترین مزیت و رسالت شبکه های کامپیوتری ، اشتراک منابع سخت افزاری و نرم افزاری است . کنترل دستیابی و نحوه استفاده از منابع به اشتراک گذاشته شده ، از مهمترین اهداف یک سیستم امنیتی در شبکه است . با گسترش شبکه های کامپیوتری خصوصا" اینترنت ، نگرش نسبت به امنیت اطلاعات و سایر منابع به اشتراک گذاشته شده ، وارد مرحله جدیدی شده است . امنیت در شبکه های حسگر بی سیم، حملات و راه حل بسیاری از مشکلات فکر تحریک، شبکه های حسگر بی سیم به یک راه حل عملی تبدیل شده اند. با این حال بکارگیری فن آوری های جدید بدون امنیت است که اغلب ثابت شده است بیش از حد خطرناکند.

WSN به تازگی علاقه ی بسیاری از پژوهشگران را به علت طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی به خود جلب کرده است. هدف این پژوهش بررسی تهدیدات امنیتی شبکه های سنسور و ارائه سیستم ایمنی مصنوعی بعنوان راه حل مواجهه با این تهدیدات می باشد. روش این پژوهش توصیفی- تحلیلی می باشد که با استفاده از ابزار فیش برداری و دیتابیسهای داخلی و بین المللی داده ها جمع آوری میگردد. نتایج نشان داد سیستم های ایمنی مصنوعی درجایی که راه حلهای چندگانه سودمند هستند، به عنوان یک بهینه ساز مناسب تر از روشهای مرسوم می باشند. همچنین، چالشهایی در زمینه شبکه ی سنسور بی سیم وجود دارد و بنابراین باید به تحقیقات بیشتر در این زمینه در آینده روی آورد.

مقدمه

امروزه ضرورت حفظ دادهها و سیستمها به این دلیل قابل توجه است که رهآوردهای فنآوری معاصر عموماً در تصمیمگیریهای مهم اتخاذ شده به وسیله حکومتها و همچنین سازمانهای معتبر جهانی نقش اساسی را ایفا میکند. به علاوه فنآوری پیشرفته صنعتی نیز مبتنی بر سیستمهای اطلاعاتی قابل اطمینان، کارایی بهینه دارد. امروزه حجم قابل توجهی از مبادلات بازرگانی و مالی بینالمللی با استفاده از فنآوری تبادل الکترونیکی دادهها - EDI - انجام میشود. ایجاد کوچکترین خللی در این سیستم مبادلاتی، ضررهای هنگفتی را به طرفین مبادله تحمیل خواهد کرد که بعضاً ممکن است به ورشکستگی آنها بیانجامد.

بیشتر سیستمهای کنترل حمل و نقل، نیروگاهها و کارخانجات بزرگ امروزی از پایگاههای اطلاعاتی خود به صورت لحظهای و پیوسته استفاده میکنند. بدیهی است که یک لحظه توقف سیستم و یا بروز کوچکترین خطا در دادهها میتواند خسارات غیر قابل جبرانی در هر یک از این سیستمها بوجود آورد. همچنین بروز اشکال در نرمافزار و یا سختافزارهای به کار گرفته شده در تجهیزات مدرن پزشکی، به علت در نظر نگرفتن ضروریات امنیت دادهها و سیستمها، ممکن است صدمات غیرقابل جبرانی به وجود آورد.

به رغم توسعه صنعت کامپیوتر، تلاش اندکی برای آگاه کردن کاربران از آسیبپذیری دادهها و سیستمها - ناشی از تغییرات و تخریهای غیر مجاز عمدی و یا سهوی - صورت گرفته است. همچنان که حوادث و عوامل مخرب علیه سیستمهای اطلاعاتی با وضوح بیشتری آشکار می شوند، کاربران این سیستمها نیز تمایل بیشتری آشکار میشوند، کاربران این سیستمها نیز تمایل بیشتری نسبت به حل مشکلات وابسته به تامین امنیت سیستمها از خود نشان میدهند. در این راستا روشهای متفاوتی برای امنیت شبکه های کامپیوتری ابداع شده است که این پژوهش قصد دارد تهدیدات امنیتی شبکه های سنسور بیسیم و راه حل امنیتی آن یعنی سیستم های ایمنی مصنوعی را مورد بررسی قرار دهد.

روش پژوهش

روش این پژوهش توصیفی- تحلیلی می باشد که با استفاده از ابزار فیش برداری و دیتابیسهای داخلی و بین المللی داده ها جمع آوری گردیده، کدگذاری و دسته بندی میشوند. از آن جا که شبکه ی گیرنده ی بی سیم راه حل های بالقوه ی کم هزینه برای انواع چالش دنیای واقعی آن ها ارائه شده به سرعت محبوبیت بدست آوردند.

شبکه های سنسور بی سیم

شبکه گیرنده ی بیسیم در حال ظهور به عنوان یک دامنه ی غنی تحقیقات فعال شامل سخت افزار و سیستم طراحی ، شبکه، الگوریتم های توزیع شده مدل های برنامه نویسی ، مدیریت داده ها و امنیت . سنسور دستگاه های کوچکی هستند که قابلیت سنجش پارامترها و برقراری ارتباط با دستگاه های دیگر در یک منطقه ی جغرافیایی حاصل برای مقاصد حاصل مانند ردیابی هدف، نظارت بر محیط زیست و غیره را دارا می باشند.

برخی از برنامه های کاربدی WSN عبارتند از : نرم افزار نظارت بر منطقه در یک WSN مستقر شده است که منطقه ای که یک فعالیت خاص است را بررسی کند. برنامه محیط زیست : برای تشخیص آلودگی ، سیل، آتش سوزی جنگل و غیره . نرم افزار بهداشت ، برای مصرف دارو، نظارت بر بیمار، تله مونیتورینگ، داده فیزیولوژیکی انسان و غیره. سنسورها دستگاه هایی با قدرت پایین هستند و قادر به مشاهده و اندازه گیری و برقراری ارتباط داده ها در شبکه هستند. با توجه به محدودیت های سخت مختلف چالش در حسگر شبکه امنیت به دلیل ویژگی ارتباطات بی سیم افزاری WSN ، سنتی سیمی امنیتی مبتنی بر طرح ممکن است غیر عملی باشد . لینک حملات اعم از استراق سمع منفعل به دخالت فعال است . تجاری کردن بین منابع به حداقل رساندن مصرف و حداکثر امنیت برخی از محدودیت های شبکه های حسگر در زیر توصیف شده است .

شبکه حسگر

شبکههای حسگر از تعدادی حسگر کوچک در اندازههای یک تا دو میلیمتر ساخته شده است که به همراه یک دستگاه فرستنده و گیرنده بیسیم، اطلاعات را به دستگاه مرکزی به عنوان کاربر نهایی میفرستد. کار بر روی شبکه های حسگر در ابتدا با اهداف و کاربردهای نظامی و دفاعی آغاز شد ولی به سرعت کاربردهای بسیار دیگری نیز پیدا کرد که برخی از کاربردهای این فناوری در کاربردهای نظامی و امنیتی - کنترل نیروها و تجهیزات نظامی، تشخیص نفوذ و تجسس در محیط های جنگی - ، نظارت بر محیط های داخلی و خارجی - کاربرد در ساختمان های هوشمند، کنترل ترافیک، تشخیص حوادث طبیعی، کشاورزی و نظارت های زیست محیطی - ، کاربردهای صنعتی - کنترل دقیق نیروی انسانی، پیگیری کالاهای تولیدی، نظارت بر خط تولید و حفاظت و کنترل ایمنی محیط - و کاربردهای پزشکی - مراقبت از سلامت انسان و جراحی - است. 

در بیانی جامع تر کاربردها را به سه دسته نظامی تجاری پزشکی تقسیم می کنیم که سیستم های ارتباطی ، فرماندهی ، شناسایی ، دیده بانی ومیدان مین هوشمند، سیستم های هوشمند دفاعی از کاربردهای نظامی می باشد.  در کاربردهای مراقبت پزشکی سیستم های مراقبت از بیماران ناتوان که مراقبی ندارند. محیطهای هوشمند برای افراد سالخوده و شبکه ارتباطی بین مجموعه پزشکان با یکدیگر و پرسنل بیمارستان و نظارت بر بیماران از جمله کاربرد های آن است.

کاربردهای تجاری طیف وسیعی از کاربردها را شامل می شود مانند سیستم های امنیتی تشخیص و مقابله با سرقت، آتش سوزی - درجنگل - ، تشخیص آلودگی های زیست محیطی از قبیل آلودگی های شیمیای، میکروبی، هسته ای، سیستم های ردگیری، نظارت وکنترل وسایل نقلیه و ترافیک ، کنترل کیفیت تولیدات صنعتی، مطالعه در مورد پدیده های طبیعی مثل گردباد، زلزله، سیل، تحقیق در مورد زندگی گونه های خاص از گیاهان و جانوران و .. در برخی از کاربردها نیز شبکه حسگر بعنوان گروهی از رباتهای کوچک که با همکاری هم فعالیت خاصی را انجام می دهند استفاده میشود.

ریز حسگر ها توانایی انجام حس های بی شمار در کارهایی مانند شناسایی صدا برای حس کردن زلزله را دارا می باشند همچنین جمع آوری اطلاعات در مناطق دور افتاده ومکان هایی که برای اکتشافات انسانی مناسب نیستند را فراهم کرده است. اتومبیل ها می توانند از ریز حسگر های بی سیم برای کنترل وضعیت موتور, فشار تایرها, تراز روغن و… استفاده کنند.خطوط مونتاژ می توانند از این سنسورها برای کنترل فرایند مراحل طول تولید استفاده کنند.در موقعیت های استراتژیک ریز حسگرها می توانند توسط هواپیما بر روی خطوط دشمن ریخته شوند و سپس برای رد گیری هدف - مانند ماشین یا انسان - استفاده شوند.

در واقع تفاوت اساسی این شبکه ها ارتباط آن با محیط و پدیده های فیزیکی است شبکه های سنتی ارتباط بین انسانها و پایگاه های اطلاعاتی را فراهم می کند در حالی که شبکه ی حس/کار مستقیما با جهان فیزیکی در ارتباط است. با استفاده از حسگرها محیط فیزیکی را مشاهده کرده, بر اساس مشاهدات خود تصمیم گیری نموده و عملیات مناسب را انجام می دهند. نام شبکه حس/کار بی سیم یک نام عمومی است برای انواع مختلف که به منظورهای خاص طراحی می شود. برخلاف شبکه های سنتی که همه منظوره اند شبکه های حس/کار نوعا تک منظوره هستند.

دیگر خصوصیتهای منحصر به فرد شبکههای حسگر، توانایی همکاری و هماهنگی بین گرههای حسگری است. هر گره حسگر روی برد خود دارای یک پردازشگر است و به جای فرستادن تمامی اطلاعات خام به مرکز یا به گرهای که مسئول پردازش و نتیجهگیری اطلاعات است، ابتدا خود یک سری پردازشهای اولیه و ساده را روی اطلاعاتی که به دست آورده است، انجام میدهد و سپس دادههای نیمه پردازش شده را ارسال میکند.

در صورتی که گره ها توانایی حرکت داشته باشند شبکه می تواند گروهی از رباتهای کوچک در نظر گرفته شود که با هم بصورت تیمی کار می کنند و جهت مقصد خاصی مثلا بازی فوتبال یا مبارزه با دشمن طراحی شده است. از دیدگاه دیگر اگر در شبکه تلفن همراه ایستگاههای پایه را حذف نماییم و هر گوشی را یک گره فرض گنیم ارتباط بین گره ها باید بطور مستقیم یا از طریق یک یا چند گره میانی برقرار شود. این خود نوعی شبکه حس/کار بی سیم می باشد.