Thèse Ali MAKKE Détection d'attaques dans un système WBAN de surveillance médicale à distance

163 Pages·2014·3.32 MB·French

Université Paris Descartes
Laboratoire LIPADE
Ecole Doctorale Informatique, Télécommunications et
Electronique (ED 130)
Thèse

Présentée par
Ali MAKKE
pour obtenir le grade de docteur
de l’Université Paris Descartes
Spécialité: Informatique et Réseaux

Détection d’attaques dans un système WBAN de
surveillance médicale à distance

Soutenue le 30 Mai 2014 devant le jury composé de
Rapporteurs:
M. Ahmed Karmouch Professeur, Université d’Ottawa
M. Yacine Ghamri-Doudane Professeur, Université de la Rochelle
Examinateurs:
M. Farid Naït-Abdesselam Professeur, Université Paris Descartes
M. Yassine Hadjadj-Aoul MCF, Université de Rennes 1
Directeurs de thèse:
M. Ahmed Mehaoua Professeur, Université Paris Descartes
M. Osman Salem MCF, Université Paris Descartes
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Résumé
L'un des défis majeurs du monde de ces dernières décennies a été l'augmentation
continue de la population des personnes âgées dans les pays développés. D’où la
nécessité de fournir des soins de qualité à une population en croissance rapide, tout en
réduisant les coûts des soins de santé. Dans ce contexte, de nombreux travaux de
recherche portent sur l’utilisation des réseaux de capteurs sans fil dans les systèmes
WBAN (Wireless Body Area Network), pour faciliter et améliorer la qualité du soin et de
surveillance médicale à distance.

Ces réseaux WBAN soulèvent de nouveaux défis technologiques en termes de sécurité
et de protection contre les anomalies et les attaques. Le mode de communication sans fil
utilisé entre ces capteurs et l’unité de traitement accentue ces vulnérabilités.

En effet les vulnérabilités dans un système WBAN se décomposent en deux parties
principales. La première partie se compose des attaques possibles sur le réseau des
capteurs médicaux et sur le médium de communications sans fils entre ces capteurs et
l’unité de traitement. La deuxième partie se compose des attaques possibles sur les
communications à haut débit entre le système WBAN et le serveur médical.

L’objectif de cette thèse est de répondre en partie aux problèmes de détection des
attaques dans un système WBAN de surveillance médicale à distance. Pour atteindre cet
objectif, nous avons proposé un algorithme pour détecter les attaques de brouillage
radio (jamming attack) qui visent le médium de communications sans fils entre les
capteurs et l’unité de traitement. Ainsi nous avons proposé une méthode de mesure de
divergence pour détecter les attaques de type flooding qui visent les communications à
haut débit entre le système WBAN et le serveur médical.

Mots clés: réseaux de capteurs médicaux sans fil, systèmes WBAN, détection des
attaques, jamming, flooding, mesure de divergence, taux de détection, taux de fausses
détections.

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Abstract
One of the major challenges of the world in recent decades is the continued increase
in the elderly population in developed countries. Hence the need to provide quality care
to a rapidly growing population while reducing the costs of health care is becoming a
strategic challenge. In this context, many researches focus on the use of wireless sensor
networks in WBAN (Wireless Body Area Network) systems to facilitate and improve the
quality of medical care and remote monitoring.

These WBAN systems pose new technological challenges in terms of security and
protection against faults and attacks. The wireless communication mode used between
the sensors and the collection node accentuates these vulnerabilities.

Indeed vulnerabilities in a WBAN system are divided into two main parts. The first
part consists of the possible attacks on the network of medical sensors and on the
wireless communications medium between the sensors and the processing unit. The
second part consists of possible attacks on high-speed communications between the
WBAN system and the medical server.

The objective of this thesis is to meet some of the problems of detecting attacks in a
WBAN system for remote medical monitoring. To achieve this goal, we propose an
algorithm to detect the jamming attacks targeting the wireless communications medium
between the sensors and the processing unit. In addition we propose a method of
measuring divergence to detect the flooding attacks targeting the high-speed
communications between the WBAN system and the medical server.

Keywords: wireless medical sensor networks, WBAN systems, attack detection,
jamming, flooding, divergence measure, detection rate, false detection rate.

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Remerciements
Cette thèse s'est déroulée, au sein du Laboratoire d’Informatique de
l’université PAris DEscartes (LIPADE), sous la direction de Monsieur Ahmed
Mehaoua, professeur à l’université Paris Descartes et directeur de l’équipe
réseaux multimédia et sécurité. Je tiens à lui exprimer ma profonde
reconnaissance pour m'avoir fait confiance en acceptant de diriger cette thèse
ainsi que pour ses conseils qui m’ont permis de mener à bien ce travail.
Ma gratitude va également vers Monsieur Osman Salem qui a encadré la moitié
de mes travaux de thèse.
Je remercie vivement Monsieur Ahmed Karmouch, professeur à l'Université
d’Ottawa, et Monsieur Yacine Ghamri-Doudane, professeur à l'Université de la
Rochelle, d'avoir accepté la lourde tâche d'être rapporteurs de cette thèse.
Je remercie également Monsieur Farid Naït-Abdesselam, professeur à
l'Université Paris Descartes, et Monsieur Yacine Hadjadj-Aoul, maître de
conférences à l'Université de Rennes 1, de m'avoir fait l'honneur de bien vouloir
participer au jury de cette thèse.
Merci à l’école doctorale EDITE de Paris qui m’a attribué une bourse
doctorale. J’aimerai noter spécialement Monsieur Christian Queinnec l’ancien
directeur de l’EDITE, que je le remercie pour sa compréhension et ses qualités
humaines.
Mes collègues du bureau ainsi que les membres de l'administration sont priés
de trouver ici l'expression de ma sincère gratitude.
Je remercie tous les membres de ma grande famille ainsi que tous mes amis
qui m’ont encouragé et m’ont accordé leur confiance.
Je garde une place toute particulière à ma famille : mon père Fawzi, ma mère
Jamileh, ma sœur Rana et sa famille et mon frère Rani et sa famille. Je voudrais
leur exprimer toute ma profonde reconnaissance parce qu'ils m'ont constamment
aidé par leurs encouragements et leur soutien moral pour achever cette thèse
ainsi que pour leur soutien sans limites aux moments les plus difficiles.
Enfin un grand merci sans égal à mon chère frère Dr. Rani Makke pour son
soutien à tous les niveaux et son encouragement tout au long de mes études en
France.

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