علوم رایانش و فناوری اطلاعات

معرفی یک الگوی جدید پیش‌توزیع کلید مبتنی بر طرح ترکیبیاتی μ-PBIBD در شبکه‌IoT با منابع محدود

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ورامین - پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، تهران، ایران

2 دانشکده ریاضی و علوم کامپیوتر، دانشگاه شاهد، تهران، ایران

چکیده

در شبکه IoT با منابع محدود از گره‌های انتهایی همچون حسگر بی‌سیم، RFID و سیستم‌های توکار استفاده می‌شود. که دارای محدودیت حافظه، پردازش و انرژی  می‌باشند . یک از راه‌حل‌های توزیع کلید در این نوع شبکه‌ها استفاده از راه کار سبک وزن پیش توزیع کلید در آنهاست، که عمل توزیع کلید را به صورت آفلاین قبل از استقرار دستگاه‌های منبع محدود در محیط انجام می‌دهد. همچنین به منظور کاهش سربار محاسباتی و ارتباطی کشف کلید مشترک، استفاده از طرح‌های ترکیبیاتی در پیش توزیع کلید به عنوان یک راه کار در سالهای اخیر پیشنهاد شده است. در این مطالعه، به معرفی و ساخت یک طرح ترکیبیاتی از نوع    پرداخته می‌شود و چگونگی نگاشت این طرح را به عنوان الگوی پیش توزیع کلید در شبکه IoT با منابع محدود بیان می‌گردد. با استفاده از این الگوی پیش توزیع کلید، کلیدهای بیشتری برای ارتباط بین دو دستگاه در شبکه IoT حاصل می‌شود. بدین معنی که بین هر دو دستگاه در شبکه حداکثر q+2 کلید موجود خواهد بود که در آن q توانی از یک عدد اول است. دو دستگاهی می‌توانند ارتباط امن مستقیم داشته باشند که به جای یک کلید مشترک، q+2 کلید مشترک در زنجیره کلیدشان داشته باشند. که به این ترتیب باعث افزایش مقاومت الگوی پیش توزیع کلید در آنها خواهیم شد.

کلیدواژه‌ها

  • [1] D. E. Kouicem, A. Bouabdallah, and H. Lakhlef, ”Internet of things security: A top-down survey,” Computer Networks, vol. 141, pp. 199-221, 2018.
  • [2] T. Dargahi, H.H.S. Javadi, and M. Hosseinzadeh, “Application-specific hybrid symmetric design of key pre-distribution for wireless sensor networks,” Security and Communication Networks, Vol. 8, no. 8, pp. 1561–1574, 2015.
  • [3] L. Eschenauer, and V. D. Gligor, “A key Management Scheme for distributed sensor networks,” Proceedings of the 9th ACM conference on computer and communications security, ACM}, pp. 41-47, 2002.
  • [4] H. Chan, and A. Perrig, “Random key predistribution schemes for sensor networks,” Proceedings of the 2003 IEEE symposium on security and privacy (SP 03), IEEE, pp. 197-213, 2003.
  • [5] S. Qian, “A novel key pre-distribution for wireless sensor networks,” Physics Procedia, vol. 25, pp. 2183–2189, 2012.
  • [6] W. S. Li, C. W. Tsai, M. Chen, W. S. Hsieh, and C. S. Yang, “Threshold behavior of multi-path random key pre-distribution for sparse wireless sensor networks,” Mathematical and Computer Modeling, vol. 57, no. 11, pp. 2776–2787, 2013.
  • [7] O. Catakoglu, and A. Levi, “Uneven key pre-distribution scheme for multi-phase wireless sensor networks,” Information Sciences and Systems, Springer, Baltimore, USA, pp. 359—368, 2013.
  • [8] R. Blom, “An optimal class of symmetric key generation systems,” Advances in Cryptology: Proceedings of Eurocrypt 84, Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Berlin, vol. 209, pp. 335-338, 1984.
  • [9] Chien HY, Chen R-C, Shen A. Efcient key predistribution for sensor nodes with strong connectivity and low storage space, Proceedings of the 2nd International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA08), IEEE, GinoWan, Okinawa, Japan, 2008; 327—333.
  • [10] Blundo, C., Santis, A.D., Herzberg, A., Kutten, S., Vaccaro, U., \& Yung, M., (1993), Perfectly-secure key distribution for dynamic conferences, In Advances in Cryptology: CRYPTO 92, LNCS, 740,471-486.
  • [11] N. C. Wang, H. L. Chen, “Improving pairwise key predistribution in wireless sensor networks”, Advances in Intelligent Systems and Applications, Springer, Hualien, Taiwan, pp. 521—530, 2013.
  • [12] S. A. Camtepe, and B. Yener, “Combinatorial design of key distribution mechanisms for wireless sensor networks,” In P. Samarati, P. Y. A. Ryan, D. Gollmann, and R. Molva (Eds.), ESORICS, volume 3193 of lecture notes in computer science, Springer, pp. 293-308, 2004.
  • [13] J. Lee, D. Stinson, “A combinatorial approach to key pre-distribution for distributed sensor networks,” In IEEE wireless communications and networking conference (WCN" 05), IEEE communication society, pp. 1200-1205, 2005.
  • [14] S. Ruj, and B. Roy, “Key predistribution using partially balanced designs in wireless sensor networks,” Proceedings of the 5th international conference on Parallel and Distributed Processing and Applications, August, Niagara Falls, Canada, pp. 431–445, 2007.
  • [15] S. Ruj, A. Nayak, and I. Stojmenovic, “Pairwise and Triple Key Distribution in Wireless Sensor Networks with Applications,” IEEE Transactions on Computers, vol. 62, no. 11, pp. 2224-2237, 2013.
  • [16] W. Bechkit, Y. Challal, A. Bouabdallah, and V. Tarokh, “A highly scalable key pre-distribution scheme for wireless sensor networks,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 12, no. 2, pp. 948-959, 2013.
  • [17] V. Modiri, H. H. S. Javadi, and M. Anzani, “A Novel Scalable Key Pre-distribution Scheme for Wireless Sensor Networks Based on Residual Design,” Wireless Pers. Communications, vol. 96, pp. 2821–2841, 2017.
  • [18] Q. Yuan, C. Ma, H. Yu, and X. Bian, “A Key Pre-Distribution Scheme Based on μ-PBIBD for Enhancing Resilience in Wireless Sensor Networks,” Sensors, vol. 18, pp.1539, 2018.
  • [19] W. Du, J. Deng, Y. S. Han, P. K. Varshney, J. Katz, and A. Khalili, “A pairwise key pre-distribution scheme for wireless sensor networks,” ACM Transactions on Information and System Security (TISSEC), vol. 8, no. 2, pp. 228—258, 2005.
  • [20] J. Lee, and D. R. Stinson, “Deterministic key predistribution schemes for distributed sensor networks”, Selected Areas in Cryptography,” Springer, Kingston, Ontario, Canada, pp. 294—307, 2005.
  • [21] S. A. Camtepe, and B. Yener, "Combinatorial design of key distribution mechanisms for wireless sensor networks," Journal of ACM/IEEE Transactions on Networking, Springer, Vol. 15, no. 2, 2007.
  • [22] D. Chakrabarti, S. Maitra, and B. Roy, “ A key pre-distribution scheme for wireless sensor networks: merging blocks in combinatorial design,” International Journal of Information Security ,vol. 5 no. 2, pp.105—114, 2006.
  • [23] T. Kavitha, and D. Sridharan, “Hybrid design of scalable key distribution for wireless sensor networks,” IACSIT International Journal of Engineering and Technology vol. 2, no.2, pp. 136—141, 2012.
  • [24] M. B. Paterson, and D. R. Stinson, “A unified approach to combinatorial key predistribution schemes for sensor networks,” Designs Codes Cryptography, vol. 71, pp. 433–457, 2014.
  • [25] G. Xia, Z. Huang, and Z. Wang, “Key pre-distribution scheme for wireless sensor networks based on the symmetric balanced incomplete block design,” J. Comput. Res. Dev., vol. 45, pp. 154–164, 2008.
  • [26] J. Lee, and D. R. Stinson, "On the construction of practical key predistributoin schemes for distributed sensor networks," Journal of ACM Trans. Inf. Syst. Secur., ACM, Vol. 11, no. 2, pp. 1-35, 2008.
  • [27] A. Morshed Aski, H.H.S. Javadi, and G.H. Shirdel, “A Full Connectable and High Scalable Key Pre-distribution Scheme Based on Combinatorial Designs for Resource-Constrained Devices in IoT Network,” Wireless Personal Communications, vol. 114, no. 3, pp. 2079-2103, 2020.
علوم رایانش و فناوری اطلاعات
دوره 18، شماره 1
بهار و تابستان
اردیبهشت 1399