Les bandes des fréquences, telles qu'elles sont aménagées aujourd'hui, sont statiquement allouées. Afin d'améliorer la productivité et l'efficacité de l'utilisation du spectre, une nouvelle approche a été proposée : le "partage dynamique du spectre". Les régulateurs, les industriels et les scientifiques ont examiné le partage des bandes fédérales entre les détenteurs de licences (utilisateurs primaires) et les nouveaux entrants (utilisateurs secondaires). La nature d'un tel partage peut faciliter les attaques d'inférence et mettre en péril les paramètres opérationnels des utilisateurs primaires. Par conséquent, le but de cette thèse est d'améliorer la confidentialité des utilisateurs primaires tout en permettant un accès secondaire au spectre. Premièrement, nous présentons une brève description des règles de partage et des exigences en termes de confidentialité dans les bandes fédérales. Nous étudions également les techniques de conservation de confidentialité (obscurcissement) proposées dans les domaines d'exploration et d'édition de données pour contrecarrer les attaques d'inférence. Ensuite, nous proposons et mettons en œuvre notre approche pour protéger la fréquence et la localisation opérationnelles contre les attaques d'inférence. La première partie étudie la protection de la fréquence opérationnelle en utilisant un obscurcissement inhérent et explicite pour préserver la confidentialité. La deuxième partie traite la protection de la localisation opérationnelle en utilisant la confiance comme principale contre-mesure pour identifier et atténuer un risque d'inférence. Enfin, nous présentons un cadre axé sur les risques qui résume notre travail et s'adapte à d'autres approches de protection de la confidentialité. Ce travail est soutenu par des modèles, des simulations et des résultats qui focalisent sur l'importance de quantifier les techniques de préservation de la confidentialité et d'analyser le compromis entre la protection de la confidentialité et l'efficacité du partage du spectre / Radio frequencies, as currently allocated, are statically managed. Spectrum sharing between commercial users and incumbent users in the Federal bands has been considered by regulators, industry, and academia as a great way to enhance productivity and effectiveness in spectrum use. However, allowing secondary users to share frequency bands with sensitive government incumbent users creates new privacy threats in the form of inference attacks. Therefore, the aim of this thesis is to enhance the privacy of the incumbent while allowing secondary access to the spectrum. First, we present a brief description of different sharing regulations and privacy requirements in Federal bands. We also survey the privacy-preserving techniques (i.e., obfuscation) proposed in data mining and publishing to thwart inference attacks. Next, we propose and implement our approach to protect the operational frequency and location of the incumbent operations from inferences. We follow with research on frequency protection using inherent and explicit obfuscation to preserve the incumbent's privacy. Then, we address location protection using trust as the main countermeasure to identify and mitigate an inference risk. Finally, we present a risk-based framework that integrates our work and accommodates other privacy-preserving approaches. This work is supported with models, simulations and results that showcase our work and quantify the importance of evaluating privacy-preserving techniques and analyzing the trade-off between privacy protection and spectrum efficiency

Les réseaux véhiculaires sont constitués de véhicules capables de s’échanger des informations par voie radio afin d'améliorer la sécurité routière (diffusion de messages d'alerte en cas d’accident ou de ralentissement anormal, conduite collaborative entre véhicules…) ou de permettre aux passager d’accéder à l’Internet (applications de réseaux collaboratifs, jeux interactifs, gestion des espaces libres dans les parkings…). Malheureusement, les messages liés à la sécurité routière échangés entre les véhicules peuvent être falsifiés ou éliminés par des entités malveillantes afin de causer des accidents et mettre en péril la vie des personnes. Dans cette thèse, nous nous concentrons particulièrement sur la définition, conception et l’évaluation d’une solution de sécurité pour les communications entre véhicules afin d’assurer une communication sécurisée et un bon niveau de confiance entre les différents véhicules participants. En adoptant un modèle basé sur la formation de groupes, nous procédons à l'évaluation de niveau de confiance des véhicules participants à ces réseaux et nous développons un modèle de confiance qui sert à analyser leurs comportements dans leurs groupes respectifs tout en respectant la vie privée des participants et en maintenant une surcharge minimale dans le réseau. Ensuite, nous proposons un modèle hiérarchique et modulaire permettant la détection de comportement malveillant et la gestion de la révocation des certificats des véhicules concernés / VANETs (Vehicular Ad-hoc Networks) consist of vehicles capable of exchanging information by radio to improve road safety (alerts in case of accidents or in case of abnormal slowdowns, collaborative driving…) or allow internet access for passengers (collaborative networks, infotainment, etc.). Road safety messages exchanged between vehicles may be falsified or eliminated by malicious entities in order to cause accidents and endanger people life. In this thesis, we focus on defining, designing and evaluating a security solution for V2V communications in VANET, to ensure a secure communication and a good level of confidence between the different participating vehicles. Adopting a group-based model, we consider the Trustworthiness evaluation of vehicles participating in VANET and we develop a Trust Model to analyze the behavior of the vehicles in the group while preserving the privacy of the participants and maintaining low network overhead. We then propose a hierarchical and modular framework for Misbehavior Detection and Revocation Management

Mit der zunehmenden Verbreitung mobiler Endgeräte und Dienste ergeben sich auch neue Herausforderungen für ihre Sicherheit. Diese lassen sich nur teilweise mit herkömmlichen Sicherheitsparadigmen und -mechanismen meistern. Die Gründe hierfür sind in den veränderten Voraussetzungen durch die inhärenten Eigenschaften mobiler Systeme zu suchen. Die vorliegende Arbeit thematisiert am Beispiel von Wireless LANs die Entwicklung von Sicherheitsmechanismen für drahtlose Ad-hoc- und Infrastrukturnetze. Sie stellt dabei den umfassenden Schutz der einzelnen Endgeräte in den Vordergrund, die zur Kompensation fehlender infrastruktureller Sicherheitsmaßnahmen miteinander kooperieren. Den Ausgangspunkt der Arbeit bildet eine Analyse der Charakteristika mobiler Umgebungen, um grundlegende Anforderungen an eine Sicherheitslösung zu identifizieren. Anhand dieser werden existierende Lösungen bewertet und miteinander verglichen. Der so gewonnene Einblick in die Vor- und Nachteile präventiver, reaktiver und angriffstoleranter Mechanismen führt zu der Konzeption einer hybriden universellen Rahmenarchitektur zur Integration beliebiger Sicherheitsmechanismen in einem kooperativen Verbund. Die Validierung des Systementwurfs erfolgt anhand einer zweigeteilten prototypischen Implementierung. Den ersten Teil bildet die Realisierung eines verteilten Network Intrusion Detection Systems als Beispiel für einen Sicherheitsmechanismus. Hierzu wird eine Methodik beschrieben, um anomalie- und missbrauchserkennende Strategien auf beliebige Netzprotokolle anzuwenden. Die Machbarkeit des geschilderten Ansatzes wird am Beispiel von infrastrukturellem WLAN nach IEEE 802.11 demonstriert. Den zweiten Teil der Validierung bildet der Prototyp einer Kooperations-Middleware auf Basis von Peer-to-Peer-Technologien für die gemeinsame Angriffserkennung lose gekoppelter Endgeräte. Dieser kompensiert bisher fehlende Mechanismen zur optimierten Abbildung des Overlay-Netzes auf die physische Struktur drahtloser Netze, indem er nachträglich die räumliche Position mobiler Knoten in die Auswahl eines Kooperationspartners einbezieht. Die zusätzlich definierte Schnittstelle zu einem Vertrauensmanagementsystem ermöglicht die Etablierung von Vertrauensbeziehungen auf Kooperationsebene als wichtige Voraussetzung für den Einsatz in realen Umgebungen. Als Beispiel für ein Vertrauensmanagementsystem wird der Einsatz von Reputationssystemen zur Bewertung der Verlässlichkeit eines mobilen Knotens diskutiert. Neben einem kurzen Abriss zum Stand der Forschung in diesem Gebiet werden dazu zwei Vorschläge für die Gestaltung eines solchen Systems für mobile Ad-hoc-Netze gemacht. / The increasing deployment of mobile devices and accompanying services leads to new security challenges. Due to the changed premises caused by particular features of mobile systems, these obstacles cannot be solved solely by traditional security paradigms and mechanisms. Drawing on the example of wireless LANs, this thesis examines the development of security mechanisms for wireless ad hoc and infrastructural networks. It places special emphasis on the comprehensive protection of each single device as well as compensating missing infrastructural security means by cooperation. As a starting point this thesis analyses the characteristics of mobile environments to identify basic requirements for a security solution. Based on these requirements existing preventive, reactive and intrusion tolerant approaches are evaluated. This leads to the conception of a hybrid and universal framework to integrate arbitrary security mechanisms within cooperative formations. The resulting system design is then validated by a twofold prototype implementation. The first part consists of a distributed network intrusion detection system as an example for a security mechanism. After describing a methodology for applying anomaly- as well as misuse-based detection strategies to arbitrary network protocols, the feasibility of this approach is demonstrated for IEEE 802.11 infrastructural wireless LAN. The second part of the validation is represented by the prototype of a P2P-based cooperation middleware for collaborative intrusion detection by loosely coupled devices. Missing mechanisms for the improved mapping of overlay and physical network structures are compensated by subsequently considering the spatial position of a mobile node when choosing a cooperation partner. Furthermore, an additional interface to an external trust management system enables the establishment of trust relationships as a prerequisite for a deployment in real world scenarios. Reputation systems serve as an example of such a trust management system that can be used to estimate the reliability of a mobile node. After outlining the state of the art, two design patterns of a reputation system for mobile ad hoc networks are presented.

Mit der zunehmenden Verbreitung mobiler Endgeräte und Dienste ergeben sich auch neue Herausforderungen für ihre Sicherheit. Diese lassen sich nur teilweise mit herkömmlichen Sicherheitsparadigmen und -mechanismen meistern. Die Gründe hierfür sind in den veränderten Voraussetzungen durch die inhärenten Eigenschaften mobiler Systeme zu suchen. Die vorliegende Arbeit thematisiert am Beispiel von Wireless LANs die Entwicklung von Sicherheitsmechanismen für drahtlose Ad-hoc- und Infrastrukturnetze. Sie stellt dabei den umfassenden Schutz der einzelnen Endgeräte in den Vordergrund, die zur Kompensation fehlender infrastruktureller Sicherheitsmaßnahmen miteinander kooperieren. Den Ausgangspunkt der Arbeit bildet eine Analyse der Charakteristika mobiler Umgebungen, um grundlegende Anforderungen an eine Sicherheitslösung zu identifizieren. Anhand dieser werden existierende Lösungen bewertet und miteinander verglichen. Der so gewonnene Einblick in die Vor- und Nachteile präventiver, reaktiver und angriffstoleranter Mechanismen führt zu der Konzeption einer hybriden universellen Rahmenarchitektur zur Integration beliebiger Sicherheitsmechanismen in einem kooperativen Verbund. Die Validierung des Systementwurfs erfolgt anhand einer zweigeteilten prototypischen Implementierung. Den ersten Teil bildet die Realisierung eines verteilten Network Intrusion Detection Systems als Beispiel für einen Sicherheitsmechanismus. Hierzu wird eine Methodik beschrieben, um anomalie- und missbrauchserkennende Strategien auf beliebige Netzprotokolle anzuwenden. Die Machbarkeit des geschilderten Ansatzes wird am Beispiel von infrastrukturellem WLAN nach IEEE 802.11 demonstriert. Den zweiten Teil der Validierung bildet der Prototyp einer Kooperations-Middleware auf Basis von Peer-to-Peer-Technologien für die gemeinsame Angriffserkennung lose gekoppelter Endgeräte. Dieser kompensiert bisher fehlende Mechanismen zur optimierten Abbildung des Overlay-Netzes auf die physische Struktur drahtloser Netze, indem er nachträglich die räumliche Position mobiler Knoten in die Auswahl eines Kooperationspartners einbezieht. Die zusätzlich definierte Schnittstelle zu einem Vertrauensmanagementsystem ermöglicht die Etablierung von Vertrauensbeziehungen auf Kooperationsebene als wichtige Voraussetzung für den Einsatz in realen Umgebungen. Als Beispiel für ein Vertrauensmanagementsystem wird der Einsatz von Reputationssystemen zur Bewertung der Verlässlichkeit eines mobilen Knotens diskutiert. Neben einem kurzen Abriss zum Stand der Forschung in diesem Gebiet werden dazu zwei Vorschläge für die Gestaltung eines solchen Systems für mobile Ad-hoc-Netze gemacht. / The increasing deployment of mobile devices and accompanying services leads to new security challenges. Due to the changed premises caused by particular features of mobile systems, these obstacles cannot be solved solely by traditional security paradigms and mechanisms. Drawing on the example of wireless LANs, this thesis examines the development of security mechanisms for wireless ad hoc and infrastructural networks. It places special emphasis on the comprehensive protection of each single device as well as compensating missing infrastructural security means by cooperation. As a starting point this thesis analyses the characteristics of mobile environments to identify basic requirements for a security solution. Based on these requirements existing preventive, reactive and intrusion tolerant approaches are evaluated. This leads to the conception of a hybrid and universal framework to integrate arbitrary security mechanisms within cooperative formations. The resulting system design is then validated by a twofold prototype implementation. The first part consists of a distributed network intrusion detection system as an example for a security mechanism. After describing a methodology for applying anomaly- as well as misuse-based detection strategies to arbitrary network protocols, the feasibility of this approach is demonstrated for IEEE 802.11 infrastructural wireless LAN. The second part of the validation is represented by the prototype of a P2P-based cooperation middleware for collaborative intrusion detection by loosely coupled devices. Missing mechanisms for the improved mapping of overlay and physical network structures are compensated by subsequently considering the spatial position of a mobile node when choosing a cooperation partner. Furthermore, an additional interface to an external trust management system enables the establishment of trust relationships as a prerequisite for a deployment in real world scenarios. Reputation systems serve as an example of such a trust management system that can be used to estimate the reliability of a mobile node. After outlining the state of the art, two design patterns of a reputation system for mobile ad hoc networks are presented.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / In today's fast paced world, people have become increasingly interested in online communication to facilitate their lives and make it faster. This goes on from simple social interactions to more advanced actions like shopping on the internet. The presence of such activities makes it crucial for people to use their common sense and judgment to process all this information and evaluate what/who they trust and what/whom they do not. This process would have been much easier if the number of people in such networks is really small and manageable. However, there are millions of users who are hooked online every day. This makes the person very overwhelmed with his trusting decision, especially when it comes to interacting with strangers over the internet, and/or buying personal items, especially expensive ones. Therefore, many trust models have been proposed by computer scientists trying to evaluate and manage the trust between users using different techniques and combining many factors. What these computer scientists basically do is coming up with mathematical formulas and models to express trust in online networks and capture its parameters. However, social scientists are the people better trained to deal with concepts related to human behaviors and their cognitive thinking such as trust. Thus, in order for computer scientists to support their ideas and get a better insight about how to direct their research, people like social scientists should contribute. With this in mind, we realized in our group work the importance of such contribution, so we came up with the idea of my research work. In my search, I tried to find how these social scientists think and tackle a dynamic notion like trust, so we can use their findings in order to enhance our work and trust model. Through the chapters, I will discuss an already developed trust model that uses measurement theory in modeling trust. I will refer back to this model and see how other social scientists dealt with some of the issues encountered by the model and its functionality. Some small experiments have been done to show and compare our results with social scientists results for the same matter. One of the most important and controversial points to be discussed from social scientists' point of view is whether trust is transitive or not. Other points to be discussed and supported by social scientists' research include aggregation, reputation, timing effects on trust, reciprocity, and experience effects on trust. Some of these points are classified into trust mapping categories and others are related to trust management or decision making stages. In sum, this work is a multidisciplinary study of trust whose overall goal is to enhance our work and results, as computer scientists.