Key management with a trusted third party using LoRaWAN protocol : A study case for E2E security

Nowadays, Internet of Things (IoT) applications are gaining more importance in people’s everyday life. Depending of their usage (for long or short distance communications, using low or high power devices, etc.), several standards exist. In this study, the focus is on Low Power Wide Area Networks (LPWAN) and particularly a protocol which is raising in popularity for long-range low-power communications in IoT: LoRaWAN. LoRaWAN is still at an early stage and has been mainly used in use cases where the network server was managing the keys ensuring confidentiality and integrity of the data. Gemalto has raised the issue of interest conflicts in the case where the network operator and the application provider are two distinct entities: if the end-device and the application server are exchanging sensitive data, the network server should not be able to read them. In order to solve this problem, an architecture using a trusted third party to generate and manage the keys has been implemented during this project. The following research aims at finding security threats and weaknesses on the confidentiality and integrity of the data and devices’ authentication in this study case. The LoRaWAN protocol and key management in general were studied first before describing the studied system and finding the possible attacks exploring its vulnerabilities on the mentioned points via an attack tree. These attacks were simulated in order to define their consequences on the system and according to them, security improvements on the architecture was proposed based on previous work on the topic and exploration on potential countermeasures.Idag blir Internet av saker (IoT) applikationer allt viktigare i människors vardag. Beroende på användningen (för långeller kortdistanskommunikation, med låga eller höga effektenheter etc.) finns flera standarder. I denna studie ligger fokus på Low Power Wide Area Networks (LPWAN) och i synnerhet ett protokoll som ökar i popularitet för långsiktig lågkapacitetskommunikation i IoT: LoRaWAN. LoRaWAN är fortfarande på ett tidigt stadium och har i huvudsak använts i användarfall där nätverksservern hanterade nycklarna som säkerställer konfidentialitet och integritet av data. Gemalto har tagit upp frågan om intressekonflikter i det fall nätverksoperatören och programleverantören är två separata enheter: Om slutanordningen och applikationsservern utbyter känslig data, ska nätverksservern inte kunna läsa dem. För att lösa detta problem har en arkitektur som använder en betrodd tredje part för att generera och hantera nycklarna implementerats under det här projektet. Följande forskning syftar till att hitta säkerhetshot och svagheter om konfidentialiteten och integriteten hos data och enheternas autentisering i detta studiefall. LoRaWAN-protokollet och nyckelhanteringen i allmänhet kommer att studeras först innan författaren beskriver det studerade systemet och upptäcker de eventuella attacker som undersöker sårbarheten på de nämnda punkterna via ett angreppsträd. Dessa attacker kommer att simuleras för att definiera deras konsekvenser på systemet och enligt dem kommer säkerhetsförbättringar på arkitekturen att föreslås utifrån tidigare arbete med ämnet och undersökning av potentiella motåtgärde