TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 13, No. 1, Janua ry 201 5, pp. 195 ~  202   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 13i1.692 9          195     Re cei v ed Se ptem ber 6, 2014; Re vi sed  Octob e r 30, 2 014; Accepte d  No vem ber  22, 2014   Improvement of Address Reso lution Security in IPv6  Local Network using Trust-ND      Supriy anto* 1, 2 , Iz nan H. Hasbullah 2 , Mohamed Anb a r 2 , Raja Kumar Murugesan 3 ,  Azla n Osm a n 4  1 Universitas S u ltan Age ng T i rta y asa, Ind ones ia   2 Nation al Adva nced IPv6 Ce n t re, Universiti S a ins Ma la ysi a   3 T a y l or ’s Univ e r sit y , Mala ys ia   4 School of Co mputer Scie nc es, Univers i ti Sains Ma la ysi a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : supri y a n to@f t-untirta.ac.id       A b st r a ct   T he princ i pl e o f  a comp uter n e tw ork is transferring  i n for m ati on in ter m s of packets fro m  o ne no de   to another. T o  do this the communic a tin g  nod es has to  be assi gne d a n  Internet Protocol (IP) addr ess .   How e ver, in a l o cal ar ea netw o rk, t he avail a b ility of IP addre ss alon e is not eno ug h to do communic a tio n . It   also  ne eds  ne i ghb orin g  nod e s  Medi u m  Acc e ss C ontrol  (M AC) a ddress.  T he curr ent Int e rnet  infrastruc ture   IPv4 uses Ad d r ess Reso luti o n  Protoco l  to resolv e t he n e i ghb ors MAC a ddress if n o t know n. IPv6 is th e   next gen erati o n communic a ti on protoc ol us ed today to  ov erco me the ex hausti on of IPv4 addr esses. IPv6   uses Ne ig hbor  Discovery Pr o t ocol (NDP) to  do the a ddr es s resoluti on  an d not ARP. N D P lacks sec u rity  and h enc e the  address res o l u tion  mec h a n i s m is vul nera b l e to vario u s a ttacks that include  ma n-in-th e - mi ddl e a nd D e nial  of Servic e. Secure N e i g h bor Disc o very ( S eND)  mec h a n is m that w a s i n troduc ed to s o lv e   this prob le m is  high ly co mp le x and the  mes s age si z e  is  lar ge. T h is pa per  introd uces T r u s t-ND mec h a n i s m  to secure the  addr ess reso lu tion in IPv6  lo cal netw o rk. Experi m e n ts w e re don e a nd  ana lysis o n  th e   exper imenta l  r e sult sh ow s the T r ust-ND co uld d e cre a se  t he co mp lex i ty of SeND. T he  process i ng ti me of  NDP messa ge  coul d be re duc ed fro m  107 6 ti mes for Se ND  mec h a n is m to only 1.9 ti mes f o r T r ust-ND.                 Ke y w ords : ad dress reso lutio n , neig h b o r dis c overy, IPv6, security, Trust-ND        Copy right  ©  2015 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion   Addre s s resol u tion is a p r o c e ss  on  disco v ering  neigh b o ring  no de’s l i nk laye r a d d r ess by  mappin g  IP address o n to  physi cal ad dre ss. T he  current Intern et infrast r u c ture IPv4, uses  Addre s s Resolution Proto c ol  (ARP) to  do ad dress  resolution [1] .  Since a ddress resolutio n  is  very importa n t  in the IP packet tran smi s sion, t he  role  of ARP be co mes im porta n t. Howeve r, this  link layer prot ocol reportedl y has much vulner ability includi ng ARP cache poi soning, Man in the   Middle a nd  DoS attacks. A  numb e r of  rese arch e r s st udied  on the   vulnera b ility and p r op ose d  a   solutio n  su ch as MITM -Re s ista nt [2],  ES-ARP [3], S-ARP [4] and TARP [5]. The  ARP  broa dcast s  ARP messa ge  to obtain the corre s p ondin g  node s phy sical ad dre s s. This b r oa dca s t  is an overhead to nodes that do  not correspond  to  the IP address  as they  need to  still process  the ARP me ssage. In o r der to ove r come this  ove r hea d, IPv6 introdu ce d NDP [6] to do  the   address reso lution inste a d  of ARP [7]. The NDP  use s  multi c a s t [8] mech a n ism in stea d  o f   broa dcast.   The  NDP do e s  the  ad dress re solutio n  by  se ndin g  n e ig hbor  solicitati on  (NS )  me ssag e to  neigh bori ng  node that g r oup ed in  solicited n ode  multica s t addre s s (S NMA). Usi ng  this   multica s ting mech ani sm  t he  receiving node co uld  b e  limited. Thi s  saves the  other  nod e in  the  netwo rk from  pro c e ssi ng a ddre s s re sol u tion unne ce ss arily a s  in A R P. Ho wever, the vulnerab ility  in ARP  exists in the  NDP  su ch  as de sti nation  ca ch e  table p o isoni ng, man  in th e middl e atta ck  and al so  Do S attack [9]. NDP  may ha ve other vuln er abilitie s  as  it is a  ne w p r otocol t hat u s e s   more tha n  o ne NDP me ssage s. Thre ats and vuln erability of NDP in cludi n g  the add re ss  resolution  pro t ocol  wa s stu d ied in [1 0], [11], and  [12].  Re sea r ch [1 3] has  justifie d the existe n c e  of the threats in the IPv6  neigh bor di scovery im plem entation e s pe cially in publi c  network su ch  as in airpo r t, coffee shop a nd bu s statio n.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 13, No. 1, Janua ry 2015 :  195 –  202   196 A numbe r of  pro p o s al s were m ade  to  add re ss th e  se cu rity pro b lem in th e  address  resolution a n d  for NDP in  gene ral. Secure Neigh bor   Discove r y (SeND) [14] is the most com p lete  solutio n  on se curi ng NDP processe s espe cially the add re ss  resolution m e ch ani sm. SeND  introduc e d four ICMPv6  options  to  mak e  th e ND P me ss ag es   s e c u re . T h e  o p t io ns  inc l ud e   Cryptog r a phi cally Ge ne rat ed Add r e s se s (CGA ),  No nce, Ti me sta m p an d RSA  sign ature op tion .  Based on the study  condu cted [15] and [16], these f our  optio ns i n troduced other vulnerabilities  in the NDP  processes.  T he ne w  vulnerability on SeND  includes  the  com p lexity of opti on  gene ration  a s  well a s  the  larg e si ze  o f  the entire  o p tion. Thi s  m a ke s the  imp l ementation   of  SeND  non -tri vial. The com p lexity of SeND al so vul n erabl e to Do S attacks in t he form of S e ND   messag es flo oding. Attacker co uld bom bard the vi cti m  by sendin g  more SeND  messag e to force  the victim to pro c ess the  message s.  Due to  the complexity problem, nod e s  that imple m ent  SeND  coul d crash faste r  than the normal  non-Se ND n ode s.    This pap er propo se s to  use Tr ust  Nei g hbor Di scove r y (T ru st-N D) as an  integ r ation of  hard  se cu rity and soft secu rity on se curi ng the nei g h bor di scovery  pro c e sse s  with the focus  on   address  re solution fun c t i on. It implements  de centrali zed  trust ma nag e m ent bet we en   neigh bori ng node s within  IPv6  local netwo rks.  Th e next secti on of this paper p r ovide s  an   overview of t he a ddress resol u tion m e cha n ism,  and  Sectio n 3  di scusse s th e t h reat s  as wel l  as  vulnerability of the mechanism. Section 4 pres ent s the related works  in securi ng address  resolution a n d  Section 5 di scusse s the e x perime n tal re sult s. Sectio n 6 con c lu de s the pap er.                     2.  Ov er v i e w   of  Addre ss Res o lution in IPv 6   IP packet i s   transfe rred i n  Net w ork l a yer u s in g IP a ddre s s a s   no de id entity [17]. The   packet  sh oul d kno w   a p a rticul ar de st ination IP  a ddre s s to  re ach  the  inte nded  reci pie n t.  Ho wever, in  a local net wo rk all no de s are conn ec te d dire ctly via  layer 2 switch that needs  the  link layer ad dre ss for e s t ablishing co mmuni cation  between th e conn ecte d  nodes. Add r ess  resolution m e cha n ism  co uld be used to  map the IP addre s s into a  link layer a d d re ss  and th us  the neighb ori ng node  can  comm uni cate  with each ot her. The ad dress re solutio n  is also requ ired   in the link lo cal IPv6 opera t ion. IPv6 uses neig hbo r di scovery proto c ol to do ad dress re solutio n .   Sending  an   IPv6 packet  ca nnot  be   done  with out  kn owi ng li n k  laye r  add ress of  neigh bori ng n ode that a c ts  as the n e xt hop unle s s the  sen der  ha s  neigh bor’ s  lin k layer  add re ss  in its neigh bo r ca ch e. Ho wever, normall y even if  the  neigh bori ng n ode are  conn ected di re ctly; it  woul d not  kn ow the  neig hbor’ s  lin k la yer add re ss   without a n y previou s  inte ractio n. He n c e,  before  the  sende r  coul d  sen d  the IPv 6  pa cket, it  sho u ld d o  th e ad dre s s re solutio n  p r o c ess.  Figure 1 sho w s the ad dre ss resolution  betwe en two  comp uters that wish to co mmuni cate u s ing   ech o  req u e s t – echo reply by runnin g  ping comm and.  It could be seen from this  figure that there   are t w o  pai rs  of NS-NA m e ssage s  before an d afte r th e e c ho  me ssage s. The  ad dre s s resoluti on  is d one  by th e first NS  me ssage.  De sti nat ion  add re ss for the  NS  me ssage  is  ff02::1:ff 3b:fc 9d   that is bas ed on the  ec ho reques t  des t ination  whic h is fe80::219:21ff:fe 3b:fc9 d  as  the target   address.         Figure 1. Address Resoluti on       The  NDP  was  develo p e d  with  at l e ast t w o im p r oveme n ts  o v er ARP.  Fi rst, the   des tination address  of the link la yer  frame is  multic as t  (33:33:ff: 3b:fc: 9 d ) type inste ad  of  broadcas t (ff:ff:f f:ff :ff :ff). Th is  c an limit the rec i pient of the Ethernet frame c o ntaining the NS  messag e [18 ]. The lowest  byte of the  destin a ti on is obtained fro m  the last si x chara c te rs  of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Im provem ent of Addre ss  Resol u tion Security in IP v6 L o cal  Network usin g Tru s t-ND (Sup riyanto )   197 destin a tion IPv6 addre s s. Second, the  NDP messa ges a r e a c tu ally IPv6 packet that has  IP  head er t hat i s  very diffe rent  with A R P m e ssag e that   u s e s  a   spe c ific protocol. Thi s  i s   efficient  on  the proto c ol  usa ge as the  NDP is wo rking on  top  of ICMPv6 messag e. The destin a tion IPv6   address in t he add re ss  resol u tion me cha n ism i s  started by  ff 0 2 :: 1: ff  that i s  soli cited n ode   multica s t gro up and e nde d  by  f3b:fc9d  t a ke n from the  intended d e stination IPv6  address.        As only those node s that  have the sa me  add re ss  will re ceive the NS me ssage, the   numbe r of re cepi ent is very limited. This is an  im pro v ement of the origin al ad dre ss  re soluti on  that use s  bro adcast me ch anism. A correspon dent  n ode that ha s the same l a st 24 bits  wo uld  sen d   NA m e ssage  a s   re spond  to th e  sendin g   NS  m e ssag e. On ce the  sende r  receives the   NA  messag e, the echo requ est can be se nt to the des tination. Failing  to do the add ress resolutio n   cau s e s  the e c ho  requ est  not to rea c h  the intende d destin a tion . Further, the  commu nication  can not be  co ndu cted b e tween the  two  n ode s. In or de r to sto r e th e i dentity of nei ghbo ring  nod es,  NDP u s e s  nei ghbo r ca ch e that has the  same functio n  as ARP cach e.       3. Threats o n  IPv 6  Address Re solutio n   Addre s s reso lution in IPv6  is  done  by t he n e ighb or se curity  p r oto c ol usi ng NS and NA  messag e exchang e. At th e time of IPv6 devel op me nt and de plo y ment, NDP  did not in clud e a  se curity me chani sm with  a po ssibl e a s sumption  th at neighb ori n g node s a r e  trusted. T h is is  vulnera b le to  variou s atta cks  as li sted  in [10]  and  st udied i n  [19], [15], [12] an d [13]. Since  the  address  re so lution p r o c e s s i s  u nde r th e NDP, it  is  also  prone  to the  attacks. Ho wever, t he  address resol u tion itself is  vulnera b le to  other  ki nd s of attacks. The followi ng  are  some of  the   threats in IPv6 address resolution.     3.1. NS/NA s poofing   Since the add ress re sol u tio n  use s  the NS  and NA message on its  oper ation, an attacker  coul d expl oit  one  or  more f i elds within  th e me ssage s.  NS an d  NA  messag e i s  d epicte d  in  Fig u re  2 and  Figu re  3 respe c tively. There i s   a source  link layer  add re ss in th e  NS  messag e, an d a   target lin k l a yer a ddress i n  the NA  me ssage.  No rmall y , receive r  m a chi ne  coul d  be ho st a nd t he  router will update its neighbor ca che based on the information  ca rried by the m e ssages. It then   cre a tes  a ne w entry or  up dates a n  old  entry wi th the r e ceived link layer  addr e ss . Attac k e r  can   spo o f the lin k laye r a ddress  within  NS or  NA  me ssage  with  n onexiste nt lin k laye r a ddress.  Hen c e,  a  wro ng bi nding  of  IPv6 add re ss a nd li nk lay e r a d d r e s s would  be  creat ed. Late r , wh en   the ma chin e  want s to  se n d  any IPv6  p a cket, the  pa cket will  go  t o  a  wron g d e stinatio n. It  will  rea c h the  wro ng link l a yer  machi ne eve n  though th e use r  types a  valid IPv6 addre ss. Pop u la ting  neigh bor  ca che entry  with a wrong IP –  link laye r  bin d ing is  call ed  neighb or  ca che poi soni ng.  In   addition, this  kind of thre at can le ad to other threats in cludi ng MiTM  attack, and  DoS attack.             Figure 2. Format of NS Message  with Source  Link L a yer Ad dre ss  Option   Figure 3. The  Format of NA Message  with  Targ et Link L a yer Address Option       3.2. Man-in-the-Middle  Attack   Attacke r may  sen d  NS o r  NA me ssag e to  a target ed victim wit h  valid IPv6 address  belon ging to   two le gitimate neig hbo rs (Alice a nd Bo b) b oun d  with  attacker’ s  li n k  laye r a ddre ss.  Once the nei ghbo r ca ch e  of host Alice and Bob  p o iso ned, the  man-in -the-middle attack is   su ccessfull. Ho st Alice wi ll send p a cke t  to hos t Bob  but rea c h th e host  C (Attacker) an d vice   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 13, No. 1, Janua ry 2015 :  195 –  202   198 versa.  Fu rth e r, the  attacker  coul d  chang e th e  t r an smitted I P v6 pa cket  that may  ca use  miscommu nication betwee n  host Alice a nd Bob as in  Figure 4.            Figure 4. Man-in -the-Middl e Attacks      3.3. DoS Attack   MiTM happ e n s if the attacker forwa r d s  the  transmitt ed pa cket to other  corre s p ondin g   node s. If the attacker di scards  or n o t forwa r d s   the  packet to the  destin a tion, it is calle d DoS   attack.  The  in tended  de stin ation  woul d n o t re ceiv e  an y IPv6 packet  from  the  se n der. T h is Do S  attack may  continue  even  after th e  sen der ma ch in e is re started.  The neigh bo r  ca ch e  e n try for  the attacker  may still exist.        4. Relate d Works on Sec u ring Addr e ss Re solutio n  in IPv 6   A  numb e r  of prop osals  ha ve been mad e  by resea r ch ers to add re ss the se curity  problem   in the IPv6 address  reso lution. Some  of them  use crypto grap hy while, so me othe rs u s e  improve d  me cha n ism  with out any crypt ogra phy . Intrusio n dete c ti on me cha n ism wa s p r op o s ed  by [20] and [21]. It maintains the IPv6 network  traffic  informatio n in cludi ng NS a nd NA me ssa g e   into at lea s t six data table s : NS table, NA t able, Probl em table, Aut henticated Ta ble, Log  Tabl e  and Un soli cited  table. Ho wever,  m o re tables  co uld  introdu ce  oth e r p r obl ems  on the a d d r e ss  resolution in cl uding mo re m e mory spa c e  as well as  Do s attack or flo oding atta ck t hat may make  all the  table s   full. Mutaf, P., & Castell u cci a  p r op osed Compa c t Neig hbor Discove r y  that repl aces  the 128  bit target IPv6 ad dre ss i n  NS  messag e into   m  bit Bloom filter [11]. The NS m e ssage   also  co ntain s  the optimal   numbe r of  h a sh fu ncti o n s to minimi ze  the false  po sitive prob abili ty.  The mini mum false  posi tive possibilit y would  reduce the num ber  of  unnecessary  neighbor   advertiseme n t. This me ch anism  could  minimize th e ban dwi d th  con s u m ptio n in IPv6 lo cal  network. However, the security  probl em on the address resolu tion is still not resol v ed.   Arkko propo sed  Se cu re Neighb or Di sco v ery  (S e N D) [ 19] an d h a s b een  acce pted  by the  IETF as  RF C 3 971 [1 4]  to se cu re th e neig hbo r  d i scovery p r ot ocol  in IPv6  inclu d ing  ro u t er   discovery a n d  neigh bo r di scovery. It introdu ced  fo ur NDP optio n s  whi c h  are  CGA ad dre ss to   prevent IPv6 address ste a l i ng, non ce a nd timestam p  option to pro t ect NDP fro m  replay atta ck  and  RSA si g nature  optio n  to do  authe n t ication. Ea ch  of the  NDP  messag es m u st  carry all t h e   option s  in every NDP p r o c esse s. NDP  messag es  without the opti ons a r e tre a ted as u n secu red  and the  re cei v er shoul d di scard  the m e ssage s. Th i s   se curity m e chani sm  coul d  prote c t the  NDP  pro c e s ses from variou s a ttacks incl udi ng DoS atta ck, man-i n -the -middl e attack, replay atta ck  and remote a ttack. Howev e r, the availa bility of t he fo ur optio ns al so introd uced  other p r obl e m s.  The main p r oblem on S e ND is the  compl e xity on the addre ss g ene ratio n , CGA option   gene ration  as well a s  the  si gning of the  RSA sig nat ure option [16],  [22] and [15].  The compl e xity  probl em also appe ars on the receiver on  verifying the  option s . In addition, it is also vulnera b le to  DoS atta ck t hat co uld ex ploit the Se ND me ssag es.  Attacke r ma y send  more  packet s  with  the  four NDP opt ions to fo rce  the victim to pro c e ss it. T he expe rimen t ation here o n  flooding  attack  targeting  a SeND ma chin e sh owe d  th at the SeND  machi ne  coul d only proce ss  up to 44 2  NS  messag es wit h in 1.4 3   seco nd. Thi s   cau s es  a la ck of p r ope r  se cu rity mechani sm  impleme n tatio n   for add re ss resol u tion in IPv6 environm ent.         Sourc e  Address  Validation  Improvement (SAVI) [23] was   proposed by  res e arc h ers in  Tsinghua Uni v ersity, Chi n a. SAVI is int ended to  prevent source  address  spoofing in the same   s u bnet as  there  are  many  NDP  mess age exchange.  The SAVI princ i ple is  to  cons truc t  anc h or  informatio n containin g  tru s ted informati on su ch  as p o rt and MA C address on  an IPv6 host. It  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Im provem ent of Addre ss  Resol u tion Security in IP v6 L o cal  Network usin g Tru s t-ND (Sup riyanto )   199 then  cre a tes a bi nding  b e twee n the   anchor info rmation a nd t he  sou r ce IP  add re ss. It  also  applie s a filte r ing p o licy [2 4] to forwa r d  packet s   matching filter  rule s an d othe rwi s e di scard th em.  SAVI is  generally configured in acc e ss  switch of  the IPv6 loc a l network   as  ingress   filtering.   Ho wever, SA VI is also vu lnera b le to v a riou s atta cks. In the RF C 69 59 [24]  some  po ssi bl e   threats as well as the chall enges in SA VI im plement ation are described. Applyi ng SAVI on the  acce ss network  would cr eate p r oble m  on dyna mic  address  co nf iguratio n  su ch  as SLAA C a n d   DHCPv6. Thi s  i s  b e cause  the difficulty to creat e  th e bin d ing  of  anchor info rmation d ue t o  the   changing of IP address. T he ot her chal lenge of SAVI binding creati on is when it is a LAN a nd  device s  with  multiple IPv6 addre s s  su ch a s  ro u t ers, multi L A N ho sts a nd Fire wall s are   connected. Paper [25] add ed other limitation of SAVI on the lack  of protocol in connecting SA VI  devic es . As  a c o ns equence, eac h SAVI devic e s h ould  work  separately from other devic es  tha t   are vulne r a b le to traffic sp oofing.       5. Securing Addre ss Res o lution Usin g Trust-ND    Con s id erin g the we akne sses of the relat ed wo rk in th e previou s  se ction, an atte mpt has  been ma de  here to find  a new  soluti on to se cure  neighbo r di scovery in clud ing the add ress   resolution. T he main pro b lem in the  existing se curity mechanism is the  lack of integrity  verification  a s   well  as p r o v iding avail a b ility of  se rvices. Even  tho ugh th ere  i s   che c ksum fiel d in  the ICMPv6 heade r [26] to  do the integrit y check,  it is  not enoug h to resi st pre - i m age a s  well  as  colli sion  attacks. It is ve ry easy for an a ttacke r to  ch ange th e me ssage  co nten t with the sa me  che c ksum co de.  Anothe r shortcomin g in  the existin g   method s i s  th e complexity  of the me ssa g e   gene ration  as well a s  m o re  re sou r ces  re quire ment.  Trust-ND is  pro posed h e re  a s  an i n teg r ati o n   of hard  se cu rity and soft secu rity. Hard  se curity  in clu des  crypto gra phy to provid e data integ r i t y  che c king, whi l e soft securit y  is based on  social  inte ra ction that use s  trust man a gement con c ept  [27].     T h e  h a r d  s e c u r i t y  i s  i n  t h e  f o r m  o f  h a s h  f unction  alg o r ithm to a s su re the  data i n tegrity.  Ho wever, the  hash fu nctio n  use d  is the  one that  sati sfies the th re e hash re quirement in cludi ng   pre-image resistant, second pre-im age resi stant and collisi on resi stant. SHA-1 [28] is the  hash  function  alg o r ithm u s e d  i n  the  propo sed  Trust - ND that  is al so  used  in  netwo rk  se curity  mech ani sm s  su ch  as IPse c a nd S e ND.  In o r de r to   prevent  re pla y  attack,  no n c e fiel d i s  u s ed   instea d of no nce  option  as in SeND me cha n ism.  F u rt her, the  gene ration time i s   use d  that sho w s  whe n  the me ssage i s  gen erated at the  sen der to  p r e v ent DoS attack. As a resul t, the new NDP  option i s  p r o p o se d that i s  t hen  calle d T r ust O p tion  as depi cted  in  Figure 5. T h e  format  of Trust  Option follo ws the sta nda rd of ICMPv6 option that b egin s  with Ty pe and L engt h field with the   minimum val ue of 32 bits.  The length  should b e  mu l t iples of 8 by tes. The total  length of Trust  Option i s   32  bytes o r   4 ti mes 8  bytes.  The  ha sh fu n c tion  output i s   rep r e s ente d  a s  the  20  b y tes  Messag e Authentication Data or MAD fi eld t hat is the  main field of Tru s t Option.           Figure 5. The  Format of Trust Option               The soft se curity i s  in th e form  of de centrali zed  tru s t man agem ent sy stem.  The trust  manag eme n t begin s  with the cal c ul atio n of trust  value of sen der  of Trust - ND  messag e on  each  receiver no d e  in stead  of  in  one  cent ral  nod e.  In  the case  of  address re so lution, the  trust  manag eme n t is illust rated i n  Figu re 6. T he sende r  with the rol e  a s  a truste e ge n e rate s Trust - NS  messag e sen t  to multicast  grou p of soli cited  no de (S NMA). Trusto r is the recei v ing node th at  has to  verify the Tru s t-NS  messa ge. T he tru s t calculation i s  ba sed on t w o  co mpone nts  wh ich   are di re ct tru s t and  kno w l edge trust. T he direct tru s t repre s e n ts t he me ssage  verification  re sult,  while th e kno w led ge tru s t  rep r e s ent s th e se nde r hi st ory sto r ed i n   its neig hbo r  cach e. The t r u s t  T s  (message g ener ation time)  – 4 b y tes   Ty p e   Len gth   Reserv ed  Nonc e – 4 b y te s  Messag e  Auth enticati on D a ta  – 20 b y t e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 13, No. 1, Janua ry 2015 :  195 –  202   200 cal c ulatio n re sults in three  possibilities:  trusted if  the trust value is  highe r than 0 . 5, distruste d  i f   the trust valu e is lowe r tha n  0.5, and un certai nty if  th e trust value i s  0.5. Whatev er the re sult, the   trusto r ha s to store o r  up da te the trust value in its neig hbor  ca che ta ble.            Figure 6. Tru s t Manag eme n t on Tru s t-ND       6. Result a n d Discus s io n    Experiment  h a s  bee n d one  in m e a s uri n g  the  p e rfo r ma nce  of T r u s t-ND on  securi ng IPv6  address reso lution. The e x perime n ts i n clu ded t he  address reso lution proc ess of the ori g i nal  NDP, SeND  mech ani sm a nd the propo sed T r u s t-ND . All the implementation  wh ere o n  the sa me  machi ne  with Intel (R)  Core (TM)  2  Duo  CPU  and  Wind ows 7 O p e r ati ng System.  The  experim ental  results involv ed proce s sin g  time in  both  send er a nd receive r , band width utilization  and  some  attacking  scen a r ios. T he p r o c e ssi ng time  of NDP m e ssage s could  b e  se en in  Ta ble  1. The  pro c e ssi ng time  co ntains both  p r ocessin g   time  in   s e nd er  an d  re ce ive r  fo r  th e th r e e   N D P   mech ani sm s. The origi nal  NDP a s  the  baseline  sho w s the l o we st processin g  time. The Trust- ND h a s a  higher  pro c e ssing time of about 1.9  time s for NS me ssage a nd 1. 8 times for  NA  messag e fro m  the ba sel i ne. In opp o s ite,  the Se ND  me chani sm introdu ces the  high est   pro c e ssi ng time that rea c h e s 10 76 time s for NS me ssag e and 1 3 7 6  times for NA message.        Table 1. Pro c essing Tim e  of Addre ss  Resol u tion Me ssage s  Address  Resolution  Message  Processing Time (millise c ond)  Original NDP   Trust-N D   SeND Mechanism  Sender  Receiver  Total  Sender  Receiver  Total  Sender   Receiver  Total  NS  0.053  0.019   0.072   0.066  0.071   0.137   54.563   22.784   77.347   NA  0.054  0.020   0.073   0.068  0.067   0.135   76.441   24.425   100.866         The Tabl e 1 demon strates that the Trust- ND could  decrea s e the  complexity of SeND  mech ani sm b y  redu cin g  th e NDP me ssage s p r o c e s sing time. In te rms of ad dre s s resolution, t he  pro c e ss of g e tting neigh b o ring n ode li nk layer a d d r ess  could b e  done fa ste r  than SeND  mech ani sm.  The ad dition  of Tru s t Op tion in NS a nd NA me ssage do es  no t add sig n ificant  overhe ad  but  it co uld  de crea se th e ov erhe ad  si g n ificantly  whe n   comp ared to  SeND. As the  address  re sol u tion may be  con d u c ted in  every IP v6 packet tran smi ssi on, the net work ove r he a d   coul d deg rad e  the netwo rk as well as  machi ne pe rforma nce. He nce, the re du ced ove r he a d  in   Trus t-ND as   a s e c u rity mec h anis m is  very us eful.      Bandwi d th utilization i s  an other pa ram e ter of  the IPv6 local n e two r k p e rfo r man c e. As  observed in [ 13], the frequ ency of NDP messag es in   an IPv6 local netwo rk i s  very high. 84% of  the total num bers of ICMP v6 messag e captu r ed  ar e  NDP me ssag es that ge nerally are in th e  form  of NS a nd NA  me ssa ges. Furth e r, the  ND P m e ssag es excha nge  co uld  affect the  availa ble  band width  in  the l o cal n e twork.  The  ad dre s s resoluti on p r o c e s s i n volves t w o   NDP  me ssag es  whi c h a r e  NS  and  NA m e ssag es. T he  n u mbe r  of  NS  messag es se nt by the  sen der  ma chine  i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Im provem ent of Addre ss  Resol u tion Security in IP v6 L o cal  Network usin g Tru s t-ND (Sup riyanto )   201 the numbe r of SNMA node. This is b e ca use the  NS messa g e  is sent as   multica s t to SNMA  addresse s th at is u s u a lly a  singl e me ssa ge. The  NA   messag e i s  sent as uni ca st to the se nde r of  NS messa ge,  so the numb e r of reply me ssage i s  also one.        Table 2. Bandwidth  Utilization  NDP Message T y pe   The Size of Message (b y t es)  Band w i dth Utilization (Kbps)  NDP Trust-N D   SeND   NDP  Trust-N D   SeND   NS 86  118  454  3.44 4.72  18.16   NA 86  118  454        Typically, the NS message ca rri es  sou r ce  link l a yer add re ss option and  the NA  messag e  carries ta rget lin k layer  add re ss. Hen c e  the   size of  NS an d NA m e ssa g e  is th e  same  for add re ss resol u tion. Since th e ba nd width utili zati on is  cal c ul ated by compa r ing the  si ze  of  messag e an d  delay time, the ba ndwi d th  con s um ption  is compa r abl e with the m e ssage  si ze. T h e   cal c ulatio n re sults a r e liste d in Table 2. Tru s t-ND  con s ume d  high er band width th an the origi n al  NDP, ab out 37% more. I n  cont ra st, the SeND m e ch ani sm introdu ce d 18.1 6  Kbps o r  4 28%  highe r than t he origi nal NDP. It means the Tru s t-ND co uld save  band width when compa r e d  to  SeND m e cha n ism that is u p  to 13.44 Kb ps or 2 85%  more b and wi dth efficient.     The fun c tion  of a se curity  mech ani sm i s  ho w  to provide se cu rity service s  a s  re quire d in   the security o b ject. T h is pa per f o cu se s o n  securin g  th e ad dre s s  re solution i n  IPv6 lo cal  netwo rk  usin g the Tru s t-ND me ch a n ism. As aforemention ed  i n  Section 3, the main threa t  on the address  resolution i s   NS/NA spoofi ng that lea d s  to man-i n -the -middl e attack an d DoS at tack. In o r d e r to  evaluate the  performan ce of Tru s t-ND on p r eve n ting sp oofin g attack, thi s  propo sal  has  experim ented  by attacking  the Trust-ND ma chi ne u s ing  pa ra site6  tool that  co uld ge nerate  NS   and  NA spoo fing attacks.  There a r e two scen ari o s  on the  attacking a c tivity. First, it u s e s  the   existing  pa r a s i te 6  tool th at gene rate s typical  NS an d  NA   spoofing. The spoofe d  messag e  on  t h is  scena rio i s  wi thout Trust  O p tion. Hen c e  all the  sp oofe d  me ssage s  are  dete c ted   by the  re ceiv er   and di scard e d . Secon d , spoofed T r u s t-NS and T r u s t-NA me ssag e  were gen era t ed usin g Sca p y  since there i s  possibility that an  attacker could g enerate Trust-ND  messag es.  T he availability of  Tru s t Optio n   in the  sp oofe d  Trust - ND  messag es  co uld m a ke the  re ceive r  fail   on d e tectin g  the  spo o fed me ssag e. Ho wev e r, sin c e the  messag e carries the me ssage auth entication data (M AD)   as output of SHA-1 operation; any  changes in the  NDP messages  will  be detect ed.                    6. Conclusio n     Addre s s re so lution is o n e  of the NDP  functi ons  in IPv6 loc a l network .  It is   us ed to  discover lin k l a yer a ddress  of neigh bo rin g  nod e.  With out link layer  address  of th e next ho p n o d e   or  de stination  nod e, a n  IP v6 nod e  ca n not send   a n y IPv6 packet. Hence, address re solutio n  is  importa nt on l o cal  are a  net works. Since, the add re ss  resolution i n  IPv6 does not  impleme n t a n y  se curit y  v e rif i cat i on;  t h i s   mech ani sm i s  v u lne r a b le  to variou s  attacks or thre a t s. Even thou gh,  there a r e a  n u mbe r  of wo rks  on securi n g  add re ss  re solutio n  in IPv6, the imple m entation i s   still  non trivial.  We propo se  Trust-ND  to  sol v e the  se curit y  probl em o n   address  re sol u tion in  an IP v6  local n e two r k. The Tru s t-ND int r od uce s  Trust Opti on to be ca rrie d  by all NDP me ssa ges  esp e ci ally NS message  and NA m e ssag e that ar e use d  in th e add re ss  re solutio n . Since the  length of Tru s t Option is o n ly 32 bytes, it does  not ad d signifi cant  band width  co nsum ption in  the   local n e two r k. In addition, Tru s t-ND m e ssag e  processing i s  faster com p a r e d  to the SeND  mech ani sm.  The T r u s t-ND me ch ani sm co uld  sav e  13.44  Kbp s  of b and wid t h on IPv6 l o cal  netwo rk  an d coul d save h undred s  of m illise c ond   in t e rm s of tim e   on  NDP  me ssag e p r o c e s sing.  Experiment s  on the atta cking sce nari o   on ad dre s s resol u tion a r e  also  sh own  to demon stra te   that the Trust - ND co uld satisfy the securi ty requirem e n t.           Ackn o w l e dg ements   This research  was supp ort ed by the Re se a r ch Unive r sity Gra n t No: 1001/PNA V /846064   funded  by Universiti Sai n s Mal a ysia,  in coll abo rati on with  Di re ctorate  Ge n e ral  of Hig h er   Educatio n, Ministry of Education  and Cul t ure, the Rep ublic of Ind o n e sia, an d Taylor’s  Universit y ,  Malaysia.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 13, No. 1, Janua ry 2015 :  195 –  202   202 Referen ces    [1] Plummer  DC.  An Ether net  Address  Res o luti on Pr otoc ol . Re qu est for Comm ents  826, Inter net   Engi neer in g T a sk F o rce. 1982 .  [2]  Seun g Yeo b  N ,  K Dong w o n, K Jeon geu n. Enha nce d  ARP: preventi ng AR P poiso ni ng-b a s ed man- in - the-middle attacks .   Commu n i c ations L e tters . IEEE. 2010; 14(2): 187- 18 9.  [3]  Ataull ah M, N  Chau ha n.  ES-ARP: An efficient a nd se cure Ad dress  Resol u tio n  Protocol . IEEE  Students'  Co nferenc e on El ec trical, Electron i cs and Com put er Scienc e (SC EECS). 2012.   [4]  Bruschi  D, A  Ornagh i, E R o sti.  S-ARP: a secure addre ss resol u tio n   protoco l . Proc eed ings.  19 t h   Annu al Com p u t er Securit y  A p plicati ons C onf erenc e. 200 3 .   [5]  Loota h  W ,  W Enck, P McDani el, T A RP: T i cket-based  addr ess res o luti on pr otoc ol .   Co mp uter   Networks.  200 7; 51(15): 4 322 -433 7.  [6]  Narten T ,  et al .  Neigh bor Dis covery for IP versio n 6 (IPv6) . Requ est for Comments 4 861. Intern et   Engi neer in g T a sk F o rce. 2007 .  [7] Davies  J.  Un de rstandi ng IPv6.   W a shingto n : Microsoft Press. 2008.   [8]  W a y a w o  A. T he T r ansmissio n  Multicast a n d  T he C ontrol  of QoS for IPV6 Us in g T he Insfrastructure  MPLS .   Internation a l Jour na l of Informat ion and Network Security (IJINS) . 2 012; 1(1): 9-2 7 .   [9]  Conv er y  S, D Miller.  IPv6 an d IPv4 T h reat Co mp aris o n  a nd Best-Practi c e Evalu a tion  Avail abl e  from  www . s ea nco n v e r y .com/v6-v 4 - t hreats.pdf.   20 04; 1.0   [10]  P Nikan der E, J Kempf, E N o rdmark,  IPv6 Neig hb or Disc o very (ND) T r ust Models a n d  T h reats , in  Req uest for Co mments 375 6, 200 4,  Internet Engi neer in g T a sk F o rce.  [11]  Mutaf P, C C a stell u ccia.  C o mp act ne ig hb or disc overy:  a ba ndw idth   defens e thro u gh b a n d w i dth   opti m i z at ion .  Proceedings  of 24th Annual J o int  Conferenc e of  the  IEEE Computer  and  Communications Societies .  2005.   [12]  Supri y a n to, et  al. Surve y   of Internet Pr ot ocol V e rsio n  6 Li nk L o ca l Commu nic a ti on Sec u rit y   Vuln erab ilit y a nd Mitig a tion M e thods .   IETE Technical Review , 2013.  30 (1):  p. 64-71.   [13] Supri y a n to,  et  al.  Risk An alys is of the Imple m e n tatio n  of IP v6  Nei g h bor Discovery in  P ublic Netw ork .  in Internati o n a l  Confere n ce o n  Electrical E n gi n eeri ng, Co mputer Scie nc e and Informa tics (EECSI)  Yog y ak arta, Indon esia. 2 014.   [14]  Arkko J, et  al. ,   Secure  n e ig hbor  disc overy  (SEND) . R e q uest for  Com m ents 3 9 7 1 , 2 005. Inter n e t   Engi neer in g T a sk F o rce.  [15]  AlSa' d e h  A, C Mein el. Secure n e i ghb or  discov e r y :  Revie w , ch alle ng es, pers pectives, a n d   recomme ndati ons.  Security &  Privacy . IEEE. 2012; 1 0 (4): 2 6 -34.   [16]  Gaeil A, et al.  Analysis of S E ND Protoco l  throug h Imp l e m e n tatio n  an d  Simu lati on . in International  Confer ence  on . Converg enc e Information T e chno log y . 2 007 .  [17]  Z hang  J, et  al. ,  F r actals o n  I P v6 N e t w ork T opo log y .   T E LK OMNIKA Indo nesi an J our nal  of El ectrical   Engi neer in g , 2013; 11( 2): 577 -582.   [18] Cra w ford.  T r a n s miss ion  of IPv6 Packets ov er  Ethernet N e tw orks . Req uest for Comme nts 246 4, 19 98,   Internet Eng i ne erig T a sk F o rce.  [19]  Arkko J, et al.  Securi ng IPv6  nei ghb or a nd r outer d i scovery . in Proce edi ng s of the 1st AC M  w o rksho p   on W i rel e ss se curit y . Atla nta, GA, USA: AC M. 2002.   [2 0 ]  Ba rb hu iy a  FA,  S Bis w as, S  Nandi.  D e tecti on of  ne igh bor  solic itatio n a n d  adv ertise me nt spo o fing  in   IPv6 nei gh bor  discov e ry pr o t ocol . Proce e d i ngs  of the  4th inter nati ona l  confere n ce  o n  Secur i t y   of   informati on an d net w o rks, AC M: Sydn e y , Au stralia. 20 11; 1 11-1 18.   [21]  Bansa l  G, et al.  Detection of NDP bas ed attacks using MLD . in Procee di ngs of the F i fth Internation a l   Confer ence  on  Securit y   of Informatio n  an d Net w orks. 20 1 2 . ACM.  [22]  Gelogo YE, RD Cay t iles, B Park.   T h reats  and S e curit y   Analy s is for Enhanced Secure Neighbor   Discover y   Prot ocol (S END)  of IPv6 NDP S e curit y .   Intern a t iona l Jo urn a l  of Co ntrol  and  Auto mati on ,  201 1; 4(4): 179  - 184.  [23]  Bi J, et al.  S ource Address  Validation Im provement (SAVI) Fram ework.  Internet Draft. Internet   Engi neer in g T a sk F o rce. 2013 .  [24]  McPherso n D,  J H a lp ern, F   Baker.  Source Addr ess V a lidation Im prov em ent (SAVI) T h reat Sc ope.   Req uest for Co mments 695 9. Internet Eng i ne erin g T a sk F o rce. 2013.   [25]  Guang Y, B J un,  X Pei y a o .  Source  addr es s valid atio n sol u tion w i th Ope n F l ow /NOX architecture . i n   19th IEEE International  Confer ence on Net w o r k Protocols (ICNP).    2011.   [26]  Conta  A, S  De erin g, M Gu pta .   Internet  Cont rol M e ssag e  P r otocol  (I CMPv 6) for th e Inter net Protoc o l   Versio n 6 (IPv6) Specific atio n . Requ est for Comments 4 4 4 3 . Internet Engi neer ing T a sk Force. 200 6.  [27]  Sar w ar A, et  al. A Revi e w   of T r ust Aspects in Clo ud  C o mputi ng Sec u rit y .  Inter natio nal J ourn a l o f   Clou d  Co mputi ng an d Servic e s  Science (IJ-C L OSER) . 2013;  2(2): 116-1 22.   [28]  Polk T ,  L Chen, S T u rner,  P Hoffma n . Sec u rity Cons id er ations for th e SHA-0 an d SH A-1 Messag e - Digest Al gorith m s , in Re qu est for Comments  6194. 2 011.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.