Lightweight Message Authentication for the Internet of Things

During the last decade, the number of devices capable of connecting to the Internet has grown enormously. The Internet of Things describes a scenario where Internet connected devices are ubiquitous and even the smallest device has a connection to the Internet. Many of these devices will be running on constrained platforms with limited power and computing resources. Implementing protocols that are both secure and resource efficient is challenging. Current protocols have generally been designed for mains powered devices; hence, they are not optimized for running on constrained devices. The Constrained Application Protocol (CoAP) is a protocol for network communication specifically designed for constrained devices. This thesis project examines CoAP and presents an extension that adds authentication in a way that is suitable for constrained devices, with respect to minimizing resource use. The proposed solution has been compared and contrasted with other alternatives for authentication, particularly those alternatives used with CoAP. It has also been implemented in code and experimentally evaluated with regards to performance versus vanilla CoAP. The main goal of this project is to implement a lightweight authentication extension for CoAP to be deployed and evaluated on constrained devices. This extension, called Short Message Authentication ChecK (SMACK), can be used on devices that require a method for secure authentication of messages while using only limited power. The main goal of the extension is to protect against battery exhaustion and denial of sleep attacks. Other benefits are that the extension adds no additional overhead when compared with the packet structure described in the latest CoAP specification. Minimizing overhead is important since some constrained networks may only support low bandwidth communication.Under det senaste århundradet har antalet enheter som kan ansluta sig till Internet ökat enormt. ”The Internet of Things” beskriver ett scenario där Internet-anslutna enheter är närvarande överallt och även den minsta enhet har en uppkoppling till Internet. Många av dessa enheter kommer att vara begränsade plattformar med restriktioner på både kraft- och beräkningsresurser. Att implementera protokoll som både är säkra och resurseffektiva är en utmaning. Tillgängliga protokoll har i regel varit designade för enheter med anslutning till det fasta kraftnätet; på grund av detta är de inte optimerade för att köras på begränsade plattformar. Constrained Application Protocol (CoAP) är ett protokoll för nätverkskommunikation speciellt framtaget för begränsade plattformar. Denna uppsats undersöker CoAP protokollet och presenterar ett tillägg som erbjuder autentisering på ett sätt som passar begränsade plattformar, med avseende på att minimera resursanvändning. Den föreslagna lösningen har blivit beskriven och jämförd med andra alternativ för autentisering, speciellt de alternativ som används med CoAP. Lösningen har också implementerats i kod och blivit experimentellt utvärderad när det gäller prestanda jämfört med standardversionen av CoAP. Det huvudsakliga målet för detta projekt är att implementera en lättviktslösning för autentisering till CoAP som ska installeras och utvärderas på begränsade plattformar. Detta tillägg, Short Message Authentication checK (SMACK), kan användas på enheter som behöver en metod för säker autentisering av meddelanden samtidigt som kraftåtgången hålls låg. Huvudmålet för detta tillägg är att skydda mot batteridräneringsattacker och attacker som hindrar en enhet från att gå i viloläge. Andra fördelar är att tillägget inte kräver någon extra dataanvändning jämfört med paketstrukturen som beskrivs i den senaste CoAP-specifikationen. Att minimera overhead i kommunikationsprotokoll är viktigt eftersom vissa begränsade nätverk endast stödjer kommunikation över låg bandbredd