Document
Securing wireless sensor networks using customized hardware crypto engine
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2015
Language
English
English abstract
Wireless Sensor Networks (WSNs) are the original order of ad-hoc networks. They comprehend a complex linkage of self-determining sensor nodes that sense, measure and, gather information from its remote environment. They send information congregated through wireless communications. WSNs are wireless, ad hoc, and unattended when deployed in the field of cognizance. They are vulnerable to security attacks by their broadcast nature in transmission, tiny battery, CPU power, and constrained memory capacity. Providing security in these systems is a challenge.
Research in providing optimal security to WSNs has made huge strides at a tremendous pace with security techniques. Cryptographic algorithms, which have been developed to impart security in traditional systems, have inappropriately proved themselves to be slow and power hungry in WSNs, when developed entirely in software. An alternative approach is to accelerate these algorithms by mapping them to customized hardware.
The objective of the research is to develop a power-efficient cryptosystem to provide the desired level of security on a smaller footprint, while maintaining real-time performance. Three algorithms have been selected to map them to hardware accelerators. These are Secure Hash Algorithm (SHA), Extended Tiny Encryption Algorithm (XTEA), and Advanced Encryption Standard (AES). These algorithms are profiled to understand their computational structure, which leads to better understanding of the performance bottlenecks. Then, hardware accelerators that describe these algorithms are prototyped to reconfigurable computing devices. Experimental results show speedup of up to 22x when compared to a software implementation of the algorithms running on contemporary CPU.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs) هي إحدى أنواع الشبكات اللاسلكية المتخصصة بتشمل هذه الشبكات على عدة أجهزة استشعارية مترابطة بشكل معقد الإدراك وقياس وجمع المعلومات عن بعد (من بيئة نائية) لرصد كافة التغييرات في المعلومات لاسلكيا. عند استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية في مجال الإدراك الذكي فإنها تكون غير ملاحظة (غير مراقبة) وبالتالي تكون عرضة للهجمات الأمنية بحكم طبيعتها في بث الموجات، واعتمادها على بطارية صغيرة، و محدودية قوة وحدة المعالجة المركزية، واعتمادها على سعة ذاكرة محدودة .وبالتالي حماية خصوصية هذه الأنظمة يعتبر تحديا كبيرة. وقد قدمت عدة بحوث حلوة أمنية مثالية لشبكات ال WSNs باستخدام تقنيات أمنية جديدة .ولكن بالرغم من ذلك لا توجد تقنيات تشفير شاملة على مستوى معالج البيانات نظرا لبعض الأسباب. وقد تم تطوير الكثير من خوارزميات التشفير لتعزيز الخصوصية في النظم العادية، ولكن استخدام هذه الخوارزميات في شبكات ال WSNs أثبتت عدم كفاءتها تقنيا نظرا لأدائها البطيء والإستهلاكها الطاقة بشراهة . بدلا من ذلك، فإن فكرة تطبيق و تشغيل خوارزميات التشفير على معالجات مسرعة ومتخصصة هو خيار أكثر فاعلية. الهدف من هذا البحث هو تصميم و تطوير نظام تشفير ذكي يدرك مستوى توفير الطاقة، وقادر على توفير مستوی أساسي من الخصوصية و لكن في نفس الوقت يكون متقيدا بصغر و محدودية التقنيات المستخدمة، و يكون قادرا على معالجة المعلومات في الزمن الحقيقي . في هذا البحث قمنا بتطوير معالجات مسرعة لثلاثة خوارزميات. وقد تم تصميم جهاز ذو كفاءة عالية باستخدام تقنية المصفوفات المنطقية ذات الحقول القابلة للبرمجة (FPGA) التجريب النموذج الأولي لخوارزمية التشفير المقترحة . النتائج اظهرت تسریعا واعدة في الأداء العام يصل الى 22 ضعفا . و قد أظهر مسرع معالج البيانات المصمم القدرة على توفير الطاقة، وقابلية للتعديل، وسرعة عالية، ومرونة وقابلية للتفاعل، وخفة في الوزن، وتعزيز أمني اكثر، وقابلية على تحسين الأداء العام.
Category
Theses and Dissertations