Johan Hindstr£¶m - users.abo. Processor Klockfrekvens Inre FLASH program-minne Inre SRAM...

download Johan Hindstr£¶m - users.abo. Processor Klockfrekvens Inre FLASH program-minne Inre SRAM data minne

of 57

  • date post

    26-Jul-2020
  • Category

    Documents

  • view

    3
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Johan Hindstr£¶m - users.abo. Processor Klockfrekvens Inre FLASH program-minne Inre SRAM...

  • Energiaspekter i säkra trådlösa sensornätverk

    Johan Hindström

    Department of Computer Science Åbo Akademi University, FIN-20520 Åbo, Finland

    e-mail: jhindstr@abo.fi

    Examinator: Kaisa Sere

  • 1

    Till

    Mamma, Pappa och Minna

  • Abstrakt

    Trådlösa sensornätverk är stora ansamlingar av mycket små resursfattiga datorer som

    är försedda med ett flertal sensorer. Dessa sensorer kan mäta allt från luftfuktighet,

    rörelse, temperatur, ljudstyrka, GPS – koordinater mm. Användningsmöjligheterna för

    detta är astronomiska. Militären kan använda dessa trådlösa sensornätverk till att få

    information om okänd terräng samt till att upptäcka fientliga truppförflyttningar.

    Biologer kan använda dylika nät för att spåra olika djurarters migrationsmönster.

    Biologer kan även tänkas fästa små sensornoder på djur i en hjord och på så sätt

    kunna få detaljerad realtidsinformation om en hel hjord i rörelse. Inom hälsovård kan

    trådlösa sensornätverk användas i ålderdomshem för att skydda och bevaka invånarna.

    Dessa är bara några exempel på sensornätverkens användbarhet. Ett problem inom

    trådlösa sensornätverk är bristande säkerhet. Det skulle förstås i teorin gå att skydda

    trådlösa sensornätverk hur bra som helst, men den svåra resursbristen hos dessa

    miniatyrdatorer gör effektiv asymmetrisk kryptering så gott som omöjlig att använda i

    praktiken. Trådlösa sensornätverk brukar dessutom ofta vara utplacerade så att

    möjliga illgärningsmän kan komma åt hårdvaran fysiskt, vilket inte är fallet inom

    vanliga nätverk. Ännu ett stort problem med trådlösa sensornätverk är att de ofta är

    utplacerade så att de inte går att komma åt längre. Detta betyder att de energikällor

    noderna har är den enda energi de någonsin får. Även av denna orsak lönar det sig att

    söka energisnåla skyddssystem för dessa nätverk. Denna avhandling ämnar jämföra

    existerande säkerhetsrelaterade system för att få reda på hur mycket olika svårt

    energiförbrukande handlingar systemen utför. God säkerhet kan markant förkorta det

    trådlösa sensornätverkets livslängd och användbarhet om denna säkerhet är oklokt

    implementerad.

  • Innehåll 1 INLEDNING .......................................................................................................................................... 1

    1.1 VAD ÄR ETT TRÅDLÖST SENSORNÄTVERK (WSN)?........................................................................ 2 1.2 EN KORT JÄMFÖRELSE AV TVÅ NODFAMILJER ................................................................................ 3

    1.2.1 MICA ........................................................................................................................................ 4 1.2.2 TmoteSky (Telos B).................................................................................................................. 4

    1.3 VAD ÄR ETT SÄKERT TRÅDLÖST SENSORNÄTVERK?....................................................................... 4 1.4 MOTIVERING FÖR STUDIEN .............................................................................................................. 5

    2 SÄKERHETSKONCEPT INOM TRÅDLÖSA SENSORNÄTVERK......................................... 6 2.1 SPECIFIKA HOTBILDER ANGÅENDE WSN - SÄKERHET ................................................................... 7

    2.1.1 Sleep deprivation torture – anfallet........................................................................................ 7 2.1.2 Sybil - anfallet .......................................................................................................................... 8 2.1.3 Wormhole - anfallet................................................................................................................. 8 2.1.4 Selective Forwarding - anfallet .............................................................................................. 8

    2.2 PARVIS KRYPTERADE NYCKLAR ...................................................................................................... 9 2.3 UTRÖSTNING AV NODER................................................................................................................. 10 2.4 SÄKER LOKALISERING.................................................................................................................... 11 2.5 PUBLIC – KEY CRYPTOGRAPHY .................................................................................................... 12 2.6 STREAM CIPHER – FÖRDELAKTIG KRYPTERING............................................................................ 13

    3 ENERGIFÖRBRUKNING I TRÅDLÖSA SENSORNÄTVERK ............................................... 15 3.1 PRISET FÖR KOMMUNIKATION ....................................................................................................... 16 3.2 ENERGY AWARENESS – ENERGIMEDVETENHET ........................................................................... 16

    4 JÄMFÖRELSE AV SÄKERHETSSYSTEM I TRÅDLÖSA SENSORNÄTVERK................ 17 5 GENOMGÅNG AV EXISTERANDE SÄKERHETSSYSTEM .................................................. 20

    5.1 TINYSEC ......................................................................................................................................... 20 5.2 AES – HÅRDVARA ......................................................................................................................... 22 5.3 TINYSA........................................................................................................................................... 24 5.4 GEAR – ETT PROTOKOLL FÖR ENERGISNÅL GEOGRAFISK LOKALISERING ................................. 25 5.5 ARRIVE......................................................................................................................................... 27 5.6 LISP ................................................................................................................................................ 29 5.7 WSNSF........................................................................................................................................... 32 5.8 LKHW ............................................................................................................................................ 35 5.9 ESPDA ........................................................................................................................................... 39 5.10 SPECTRA .................................................................................................................................... 41

    6 RESULTATANALYS ......................................................................................................................... 44 6.1 BERÄKNING AV RESULTAT............................................................................................................. 44

    6.1.1 Kritik av beräkningsmetoden ................................................................................................ 45 6.2 TABELL ÖVER RESULTAT ............................................................................................................... 45 6.3 ALTERNATIVA VIKTER OCH DERAS RESULTAT.............................................................................. 46

    6.3.1 Mindre vikt på energimedvetenhet ....................................................................................... 46 6.3.2 Kortlivad säkerhet ................................................................................................................. 47

    7 SLUTLEDNINGAR ............................................................................................................................ 49 7.1 RESULTAT ENLIGT DEN PRIMÄRA VIKTMÄNGDEN ........................................................................ 49 7.2 RESULTAT ENLIGT DE ALTERNATIVA VIKTMÄNGDERNA .............................................................. 49 7.3 SAMMANSLAGNA RESULTAT.......................................................................................................... 50

    KÄLLFÖRTECKNING ............................................................................................................................ 52

  • 1

    1 Inledning Datorer har i dagens läge utvecklats och miniatyriserats till den grad att det är möjligt

    att skapa små informationsinsamlande datorer som är i trådlös kontakt med varandra.

    Det finns många potentiella användningsområden för dylika maskiner. Exempelvis

    kan sådana datorer placeras i terrängen i ett naturreservat för att hålla reda på olika

    djurarters migrationsmönster. En rörlig variant av detta är att ha den

    informationssamlade datorn fäst på djuret själv. En hel hjord eller flock av djur kunde

    obehindrat bära på sig en av dessa datorer som kunde skicka vital information om

    djuret som bär datorn, men även vara trådlöst sammankopplat med de andra datorerna

    i hjorden eller flocken och på så sätt bilda ett rörligt nätverk. Exempel har givits där

    dessa datorer spårat luftburna biologiska virus på det område som de är placerade. Ett

    annat användningsområde har framlagts inom åldringsvården där dessa datorer skulle

    vara utplacerade på ett heltäc