Förbättra Zigbee-säkerhet för industriell implementering

Zigbee network is a popular choice for deploying low power personal area network (LoWPAN). The application areas vary but the most popular are industrial area monitoring and home automation. But Zigbee has been identified to have weak security and is not applicable for industrial implementation. This paper is collaboration with Ericsson to investigate Zigbee network security and implementation. This paper will cover security solutions for Zigbee and touch on how to configure Zigbee network such that it can operate for a long period of time without battery changes. The security solutions will demonstrate how public-key respective symmetric key algorithm can be used for enhancing Zigbee security such that it provide authentication and authorization of joining devices while maintaining confidentiality and integrity of the network communication. Security solutions will also take regards to the power consumption of each proposed solution. For the network configuration part of the thesis, it will present node lifetime for different network configuration, i.e. how polling period between each message will affect the total cur- rent consumption of a node and how the joining procedure, depending on the security solution will affect the total node lifetime. Achieving longer node lifetime is desired because it is assumed that the network will be deployed in remote and unfavorable areas. The result of this paper compares different solutions for enhancing the security. Further, it concludes that Zigbee security with authentication and authorization of joining devices is reached through secret-splitting key establishment - which is the best solution. This is possible while maintaining low power consumption in the network.Zigbee nätverk är ett populärt val vid uppsättning av ett nätverk med låg strömförbrukning. Zigbees användningsområde är olika men den är väldigt populär inom industriell områdesövervakning och hemautomation. Däremot har Zigbees säkerhet varit en nackdel, då det har framkommit att den inte möter kraven för industriell användning. Arbetet kom till genom ett samarbete med Ericsson och KTH för att undersöka Zigbee nätverks implementation och säkerhet. Arbetet bearbetar olika säkerhetslösningar för Zigbee nätverk och hur den kan implementeras för att uppnå långtidsanvändning utan batteribyte. Säkerhetslösningar bygger på public-key samt symmetric key kryptografi algoritmer för att förbättra och öka Zigbees säkerhet genom autentisering och tillåtelse av noder som ansluter sig till nätverket. Nätverkets konfiguration för långtidsanvändning redovisas genom att jämföra olika polling tidsintervaller mellan meddelanden. Långtidsanvändning utan batteribyte är viktigt för att nätverket kommer implementeras i ett avlägset område som är svåråtkomlig. Arbetet redovisar och jämföra olika lösningar för att öka säkerheten för Zigbee nätverk. Den optimala lösningen för att uppnå autentisering samt tillåtelse av noder som ansluter sig uppnås med nyckel skapande genom secret-splitting metoden. Metoden följer NIST rekommendationer och anses vara säker, därav uppfyller den kraven för industriell implementation. Nätverkets säkerhet ökar samt bibehåller ett nätverk med låg strömförbrukning