Header compression of IPsec in powerline networks

Abstract

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Implementierung, Optimierung und Evaluierung von Head- erkompression angewandt auf sichere Kommunikation über Powerline-Systeme. Letztere nutzen das Internet Protocol (IP) und die beiden Sicherheitsprotokolle Authentication (Header) und En- capsulating Security Payload (ESP). Ein Vergleich der Kompressionsschemata V. Jacobson, IP Header Compression, Compressed Real-Time Transport Protocol (CRTP), 6LoWPAN und Ro- bust Header Compression (ROHC) hat gezeigt, dass letzteres wegen seiner Robustheit gegenüber Paketverlust und Reordering, seiner nativen IPsec-Unterstützung und seinem erweiterbaren Frame- work für den vorgesehenen Einsatzzweck am besten passt.<br />Anschlieÿend wurde die Headerkompression in den Netzwerksimulator ns-3 implementiert. Da dies einen Eingri in ein bereits bestehendes System darstellt, muss die Erweiterung unter Beachtung der Ziele Modularität, Erweiterbarkeit und Wartbarkeit sorgsam durchgeführt werden. Neben der Implementierung von ROHC-spezifischen Mechanismen wie Checksummen, Feedback und einer aufsteigenden Sequenznummer muss auch auf das Zusammenspiel von Sicherheitsprotokollen und der Kompression geachtet werden. AH wurde als ROHC-Extension-Header implementiert, ESP in einem eigenen Profil.<br />Abschlieÿend wurden jene Parameter, welche absichtlich vom Standard oen gelassen wurden, mittels Simulationen für ihren Einsatz über Powerline optimiert und die Ergebnisse evaluiert. Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass die Protokollheader auf bis zu 2 byte reduziert werden können.<br />

This diploma thesis targets the implementation, optimisation and evaluation of header compres- sion to secure communication over powerline networks using the Internet Protocol (IP). For se- curity, Authentication Header (AH) and Encapsulating Security Payload (ESP) are provided. A comparison of the compression schemes V. Jacobson, IP Header Compression, Compressed Real- Time Transport Protocol (CRTP), 6LoWPAN and RObust Header Compression (ROHC) showed that the later one suits best due to its robustness against loss and reordering, its native IPsec support and the extendable framework.<br />The header compression has been implemented and tested in the network simulator ns-3.<br />As this is a change to an existing system, the extension was carefully carried out targeting the goals modularity, extendibility and maintainability. Besides implementing the mechanisms of the compression scheme checksums, feedback, and an increasing sequence number according to the standard, importance had also been spent on the collaboration of the security protocols and the compression. The AH has been implemented as a ROHC extension header, while ESP provides its own profile.<br />Finally, the parameters, left open by the standard intentionally, were optimised for the field of powerline communication by simulation and the results were evaluated.<br />The simulation results show that ROHC is able to reduce the protocol headers down to 2 byte.<br />