Implementation of key distribution schemes on real sensor network nodes

Abstract

Wireless Sensor Network is a network type that consists of small sensor devices. The communication between these devices must be secured in case of an attack. Sensor devices have to share a secret key for secure communication. There are several key distribution schemes for wireless sensor networks in the literature. The most common key distribution scheme is the basic scheme which is proposed by Eschenauer and Gligor. Basic scheme has three phases; /emph{Key Predistribution}, /emph{Shared Key Discovery} and /emph{Path-key Establishment}. Ergun proposed an alternative phase to /emph{Path-key Establishment}, called /emph{Key Transfer} phase. To the best of our knowledge, there is no real node implementation of the basic scheme. In this thesis, we implemented all three phases of the basic scheme and Ergun's Key Transfer phase on a real sensor device. We use TelosB devices, which have 10kB RAM, 1 MB flash memory, a microcontroller and RF interface. We design flowcharts for each phase, create packet structures, implement in NesC programming language and test the implementation. We analyze the results using processing time, code space and memory usage metrics. We show that /emph{Key Transfer} phase is more efficient than /emph{Path-key Establishment} phase.

Kablosuz Duyarga Ağları, içerisinde küçük duyarga aygıtları barındıran bir ağ tipidir. Bu aygıtlar arasındaki haberleşme bir saldırı olma ihtimaline karşılık güvenli yapılmalıdır. Duyarga aygıtları güvenli haberleşme için gizli anahtarlar paylaşırlar. Literatürde bir çok anahtar dağıtım şeması vardır. Bunlardan en bilineni Eschenauer ve Gligor'un sunduğu basit şemadır. Basit şemanın üç evresi vardır: Anahtar Öndağıtım, Ortak Anahtar Keşfetme ve Yol Anahtarı Kurma. Ergun, Anahtar Transferi adında, Yol Anahtarı Kurmaya alternatif bir evre önermiştir. Bildiğimiz kadarıyla, literatürde basit şemanın gerçek aygıtlar üzerinde gerçeklenme çalışması yoktur. Bu tezde basit şemanın üç evresini ve Ergun'un Anahtar Transferi evresini gerçek bir duyarga aygıtında gerçekledik. Bunun için 10 kB RAM, 1 MB flash bellek, mikroişlemci ve RF arayüzü olan TelosB isimli aygıtları kullandık. Her evreyi tasarladık, paket yapılarını oluşturduk, NesC programlama dilinde kodladık ve gerçeklemeyi test ettik. Sonuçları işlem zamanı, kod boyutu ve bellek kullanım oranı metriklerini kullanarak analiz ettik. Anahtar Transferi evresinin Yol Anahtarı Kurma evresinden daha verimli olduğunu gösterdik.