Wireless Sensor Networks (WSNs) are ad-hoc networks consisting of tiny battery- operated wireless sensors. The sensor nodes are lightweight in terms of memory, computation, energy and communication. These networks are usually deployed in unsecured, open, and harsh environments, where it is difficult for humans to perform continuous monitoring. Consequently, it is very crucial to provide security mecha- nisms for authenticating data among sensor nodes. Key management is a pre-requisite for any security mechanism. Efficient distribution and management of keys in WSNs is a challenging task. Many standard key establishment techniques have been pro- posed using symmetric cryptosystems. Unfortunately, these systems often fail to pro- vide a good trade-off between memory and security and since WSNs are lightweight in nature, these cryptosystems are not feasible. On the other hand, public key in- frastructure (PKI) is infeasible in WSNs because of its continuous requirement of a trusted third party and heavy computational demands for certificate verification. Pairing-Based Cryptography (PBC) has paved the way for how parties can agree on keys without any interaction. It has relaxed the requirement of expensive certificate verification on PKI systems. In this thesis, we propose a new hybrid identity-based non-interactive key management protocol for WSNs, which leverages the benefits of both symmetric key based cryptosystems and pairing-based cryptosystems. The pro- posed protocol is scalable, suits many applications and can be deployed in multiple types of networks without modifications. We also provide mechanisms for key refresh when the network topology changes. A security analysis is presented to prove that the scheme is resilient to many types of attacks. To validate our scheme, we have implemented it on Crossbow TelosB motes running TinyOS and analyzed the perfor- mance in terms of memory, communication, computation and energy consumption. The results indicate that our scheme can be deployed efficiently to provide high level of security in a large-scale network without increasing memory, communication and energy overheads.

L'attaque de retransmission sélective est une menace sérieuse dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN), en particulier dans les systèmes de surveillance. Les noeuds peuvent supprimer de manière malicieuse certains paquets de données sensibles, ce qui risque de détruire la valeur des données assemblées dans le réseau et de diminuer la disponibilité des services des capteurs. Nous présentons un système de sécurité léger basé sur l'envoi de faux rapports pour identifier les attaques de retransmission sélective après avoir montré les inconvénients des systèmes existants. Le grand avantage de notre approche est que la station de base attend une séquence de faux paquets à un moment précis sans avoir communiqué avec les noeuds du réseau. Par conséquent, elle sera capable de détecter une perte de paquets. L'analyse théorique montre que le système proposé peut identifier ce type d'attaque et peut alors améliorer la robustesse du réseau dans des conditions d'un bon compromis entre la fiabilité de la sécurité et le coût de transmission. Notre système peut atteindre un taux de réussite élevé d‟identification face à un grand nombre de noeuds malicieux, tandis que le coût de transmission peut être contrôlé dans des limites raisonnables. / The selective forwarding attack is a serious threat in wireless sensor networks (WSN), especially in surveillance systems. Nodes can maliciously delete some sensitive data packets, which could destroy the value of the data assembled in the network and reduce its sensors availability. After describing the drawbacks of the existing systems in this thesis, we will present a lightweight security system based on sending fake reports used to identify selective forwarding attacks. The great advantage in our approach is that the base station expects a number of packets at a specific time. Therefore, it will be able to detect missing or delayed packets. Theoretical analysis shows that the proposed system can identify this type of attack, which will improve the robustness of the network under conditions of a good tradeoff between the security, reliability and communication overhead. Our system can achieve a high ratio of identification when facing a large number of malicious nodes, while the communication overhead can be controlled within reasonable bounds.

L'attaque de retransmission sélective est une menace sérieuse dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN), en particulier dans les systèmes de surveillance. Les noeuds peuvent supprimer de manière malicieuse certains paquets de données sensibles, ce qui risque de détruire la valeur des données assemblées dans le réseau et de diminuer la disponibilité des services des capteurs. Nous présentons un système de sécurité léger basé sur l'envoi de faux rapports pour identifier les attaques de retransmission sélective après avoir montré les inconvénients des systèmes existants. Le grand avantage de notre approche est que la station de base attend une séquence de faux paquets à un moment précis sans avoir communiqué avec les noeuds du réseau. Par conséquent, elle sera capable de détecter une perte de paquets. L'analyse théorique montre que le système proposé peut identifier ce type d'attaque et peut alors améliorer la robustesse du réseau dans des conditions d'un bon compromis entre la fiabilité de la sécurité et le coût de transmission. Notre système peut atteindre un taux de réussite élevé d‟identification face à un grand nombre de noeuds malicieux, tandis que le coût de transmission peut être contrôlé dans des limites raisonnables. / The selective forwarding attack is a serious threat in wireless sensor networks (WSN), especially in surveillance systems. Nodes can maliciously delete some sensitive data packets, which could destroy the value of the data assembled in the network and reduce its sensors availability. After describing the drawbacks of the existing systems in this thesis, we will present a lightweight security system based on sending fake reports used to identify selective forwarding attacks. The great advantage in our approach is that the base station expects a number of packets at a specific time. Therefore, it will be able to detect missing or delayed packets. Theoretical analysis shows that the proposed system can identify this type of attack, which will improve the robustness of the network under conditions of a good tradeoff between the security, reliability and communication overhead. Our system can achieve a high ratio of identification when facing a large number of malicious nodes, while the communication overhead can be controlled within reasonable bounds.

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