Performance evaluation of lightweight cryptographicalgorithms for internet of things security

Abstract

Mobil ve gömülü sistemlerin günlük hayattaki yaygın kullanımı, Nesnelerin İnterneti gibiyeni kavram ve uygulama alanlarının yanında birçok yeni güvenlik ve gizlilik sorunlarınıda beraberinde getirmiştir. Geniş boyuttaki internet alanında, uygun güvenlikçözümlerinin kullanımıyla söz konusu problemlerin birçoğunun üstesinden gelinebilinir.Bununla birlikte, gömülü sistemlerin sınırlı kaynakları ve işlemci gücü, standart güvenlikalgoritmalarının bu cihazlara gerçeklenmesini imkânsız olmamakla birlikte uygulanabilirolmaktan çıkarmaktadır. Bu tezde, hafif kripto algoritmalarının uygunluğu veuyumluluğunu inceleyip, Nesnelerin İnterneti cihazlarındaki performanslarını standartalgoritmalarla karşılaştıracağız. Algoritma uygulamamızı, birçok gömülü sistemde yaygınolarak kullanılan ve düşük fiyat ve performans oranı nedeniyle hedef platform olaraktercih edilen Arduino Uno üzerinde gerçekleştireceğiz. Araştırmamızda kriptoprotokollerinin temel bileşenini oluşturan blok şifreler üzerine odaklanacağız. InternetProtolü Güvenliği (IPsec) suiti ve Datagram Taşıma Katmanı Güvenliği (DTLS)protokolleri bunlar arasında en çok bilinen ve ortak olarak kullanılanlardandır.Çalışmamızla, Nesnelerin İnterneti cihazlarındaki mevcut ve gelecek hafif IPsec ve DTLSve diğer güvenlik protokollerinin gerçeklemeleri için rehber olacak sonuçlar sağlamayıhedefliyoruz.

Widespread deployment of mobile and embedded devices in everyday use has brought upnot only new concepts and application areas such as Internet-of-Things (IoT) but alsoseveral security and privacy problems. In theory, it is possible to mitigate most of theseproblems by implementing well-known and standardized security algorithms and techniques on IoT devices. However, in practice, it is rather difficult, if not impossible, toimplement standard security algorithms on these devices due to their limited resourcesand processing power. Instead, algorithms specifically tailored for such devices, whichare also known as lightweight algorithms, are favored. In this thesis, we will investigatethe suitability and adaptability of the lightweight cryptographic algorithms on IoT devices, and compare their implementations with those of standard algorithms. We will realize our implementations on the Arduino Uno, which is widely used in several embeddedapplications and preferred as a target development platform for its low price-performanceratio. We will mainly focus on block ciphers and hash functions, which are the fundamental components of many cryptographic protocols. Among these protocols, Internet Protocol Security (IPSec) suite and DTLS are perhaps from the most well-known and commonly used ones. With our study, we plan to provide results that may be guidelines for existing and future lightweight implementations of IPSec, DTLS and other security protocols on IoT devices.