Design, Implementierung und Evaluation eines sicheren verteilten Datenspeichers für drahtlose Sensornetze

Einleitung

Bei drahtlosen Sensornetzen können ausgebrachte Sensorknoten, die über einen längeren Zeitraum Daten sammeln, ausfallen, gestohlen oder zerstört werden. Um dennoch die aufgezeichneten Daten nutzen und auswerten zu können, kann es sinnvoll sein, die Daten über mehrere Sensorknoten zu verteilen. Unterschiedliche Szenarien können dabei durchaus gegensätzliche Ziele hervorbringen, die flexibel handhabbar sein sollen: Energieverbrauch, Speicherverbrauch, Datenredundanz und Datensicherheit sind Aspekte, die jeweils unterschiedlich bewertet werden können und die bei Entwurf und späterer Implementierung Berücksichtigung finden sollen.

Aufgabenstellung

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Speichersystem für Sensorknoten zu entwerfen und zu implementieren, das flexibel für verschiedene Anwendungsfälle einsetzbar ist. Die Fälle maximaler Redundanz (alle Daten werden auf alle Knoten verteilt) und maximaler Datensicherheit (die Daten werden so über alle Sensorknoten verteilt, dass eine Rekonstruktion nur bei Vorhandensein aller Knoten möglich ist) sollen abgedeckt werden. Zusätzlich können auch sinnvolle Abstufungen dazwischen gefunden und ebenfalls berücksichtigt werden.

Neben der ausschließlichen Verteilung der Daten über die Sensorknoten hinweg, insbesondere im Hinblick auf Absicherung gegen Datendiebstahl, sind sinnvolle Methoden zu erarbeiten, die auch bei Verlust oder Ausfall einzelner Sensorknoten die Rekonstruktion der Daten für den vorgesehenen Empfänger erlauben. Insbesondere bei Verlust eines oder mehrerer Sensorknoten an einen Angreifer soll sichergestellt werden, dass die Daten so gesichert sind, dass der Angreifer keinerlei verwertbare Informationen erhalten kann. Zusätzlich sollte beim Entwickeln einer Lösung auch bedacht werden, dass ein Angreifer nicht zwingend einen Sensorknoten in seine Kontrolle bekommen muss, sondern auch durch Abhören der Kommunikation an Informationen gelangen kann. Entsprechende Absicherungsmaßnahmen sind vorzusehen.

Zunächst sind vorhandene Arbeiten im Bereich der Clusterdateisysteme, sowie Konzepte der redundanten Datenspeicherung (RAID) zu untersuchen und im Hinblick auf ihre Eignung für drahtlose Sensornetze zu bewerten. Daran anlehnend ist ein Design für ein verteiltes Speichersystem für Sensorknoten zu entwickeln. Die Implementierung soll für das Betriebsystem Contiki erfolgen und damit auch Tests im Sensorknotensimulator Cooja ermöglichen. Als Basis-Plattform für Sensorknoten sollen die INGA-Sensorknoten zum Einsatz kommen. Hierbei wird es vermutlich notwendig sein, einen größeren Datenspeicher an die Sensorknoten anzubinden. Dies kann durch Nutzung des onboard-Flash oder aber durch Verwendung einer SD-Karte geschehen.

Eine abschließende Evaluation soll die unterschiedliche Funktionalität im Vergleich verschiedener zu wählender Parameter zeigen und dabei für Sensornetze relevante Aspekte genauer betrachten.