ИССЛЕДОВАНИЕ MESH-СЕТЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАЩИЩЕННОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

RESEARCH OF MESH NETWORKS FOR CREATING A SECURE DISTRIBUTED DATA TRANSMISSION NETWORK

Aleksandrov Ilya Vitalievich

Student, Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics, Higher School of Economics, Russia, Moscow

Аннотация. Рассмотрены особенности построения ячеистых (mesh) топологий в контексте организации защищенного обмена данными. Проанализированы механизмы маршрутизации, характерные угрозы и способы их нейтрализации. Обозначены перспективные направления дальнейшей работы.

Abstract. The features of building mesh topologies in the context of secure data exchange are considered. Routing mechanisms, typical threats and methods of their neutralization are analyzed. Promising directions for further work are outlined.

Ключевые слова: mesh-сети, беспроводные сети, информационная безопасность, маршрутизация, децентрализация.

Keywords: mesh networks, wireless networks, information security, routing, decentralization.

Рост числа подключаемого оборудования вкупе с ужесточением требований к надежности вынуждает искать архитектурные решения, которые сохраняют работоспособность при отказах и не привязаны к единственному управляющему центру. У классической схемы «звезда» есть принципиальный изъян: сбой центрального элемента обесточивает весь сегмент. По этой причине применять ее там, где непрерывность обмена критична, оказывается затруднительно.

Более гибкий подход предлагает ячеистая организация, где каждый участник совмещает функции оконечного оборудования и промежуточного ретранслятора. Такое устройство инфраструктуры позволяет направлять поток по нескольким независимым маршрутам, сохраняя связность даже при выбытии части элементов [1]. Задача настоящей статьи — оценить применимость mesh-подхода для формирования защищенной среды, а заодно разобрать ключевые угрозы и контрмеры против них.

С точки зрения структуры речь идет о совокупности узлов, объединенных частичной либо полной связностью. В беспроводном исполнении чаще встречается первый вариант, что объясняется ограниченным радиусом передатчиков. К характерным чертам подобных систем относят самоорганизацию – автоматический поиск соседей и прокладку маршрутов, самовосстановление – переключение путей после выпадения отдельного элемента, наконец, масштабируемость, дающую возможность вводить новое оборудование без перенастройки всей инфраструктуры [2].

аметное распространение при развертывании беспроводных сегментов получил стандарт, задающий правила формирования топологии на канальном уровне для аппаратуры Wi-Fi. В нем прописаны процедуры выявления соседних устройств, установления связей и подбора трасс движения данных внутри структуры [3].

Многое определяется выбранным механизмом маршрутизации. Принято выделять три семейства таких механизмов. Проактивные непрерывно хранят данные обо всех доступных трассах: это уменьшает задержку старта передачи, однако увеличивает служебную нагрузку, поэтому оправдывает себя в стабильной обстановке. Реактивные строят путь только по запросу – экономят ресурсы при редком обмене, но добавляют паузу на этапе установления канала, из-за чего лучше подходят для динамично меняющейся среды [4]. Гибридные варианты сочетают оба принципа: в пределах локальной зоны трассы поддерживаются постоянно, а межзональное взаимодействие инициируется по запросу. Служебные издержки при этом умеренные, а латентность промежуточная, что удобно для крупных развертываний. Иными словами, выбор семейства сводится к балансу между допустимыми накладными расходами и приемлемым временем открытия канала под конкретные условия эксплуатации.

Отсутствие единого центра управления порождает специфические слабые места, которые нельзя игнорировать при проектировании защищенных решений. Распространенной угрозой считается «черная дыра»: вредоносный участник заявляет о кратчайшем пути к адресату, а затем уничтожает поступающий трафик. Опасна и «червоточина» – сговор двух узлов, которые прокладывают скрытый туннель и искажают картину реальной топологии. Особняком стоит подмена личности, когда одно физическое устройство выдает себя за множество виртуальных, непропорционально влияя на прокладку трасс [5]. Вдобавок открытая радиосреда допускает перехват и подмену сообщений.

Защита выстраивается только комплексно. Конфиденциальность обеспечивается шифрованием на канальном и сетевом уровнях посредством симметричных алгоритмов. Основная трудность – раздача ключей без доверенного центра, из-за чего создаются схемы самостоятельного согласования ключевого материала между сторонами [6].

Чтобы обезопасить сам процесс прокладки трасс, применяют доработанные протоколы с цифровой подписью и хеш-цепочками, подтверждающими целостность и подлинность управляющих сообщений. Это заметно осложняет их фальсификацию нарушителем [4].

Немалую пользу приносят распределенные системы выявления вторжений: они фиксируют нетипичное поведение отдельных участников и предупреждают о возможной атаке. Многообещающим выглядит подключение методов интеллектуального анализа, которые распознают ранее неизвестные угрозы «на лету» [7]. Дополнительно устойчивость поднимают репутационные механизмы – доверие к узлу выводится из истории его действий, а малонадежные элементы отсекаются от передачи.

Сфера применения защищенных ячеистых решений широка. Их разворачивают для связи в зонах бедствий при разрушении стационарной инфраструктуры, в тактических комплексах специального назначения, в промышленном интернете вещей, а также в городских сегментах коллективного доступа. Объединяет эти сценарии одно – запрос на надежную связь, стойкую к отказам и внешнему давлению [1].

Проведенный анализ показывает, что рассматриваемый подход обладает существенным потенциалом для возведения защищенных распределенных комплексов за счет отказоустойчивости, самоорганизации и отсутствия единой точки отказа. Обратной стороной децентрализации становятся новые классы угроз, нейтрализация которых требует одновременного задействования криптографии, доверенной прокладки трасс и интеллектуальных средств обнаружения вторжений. Дальнейшую работу разумно сосредоточить на легковесных криптографических протоколах для устройств с ограниченными ресурсами – это укрепит безопасность, не проседая по производительности.