בעולם הצומח במהירות של האינטרנט של הדברים (IoT), האבטחה נותרה דאגה קריטית.ככל שיותר מכשירים מתחברים לרשתות, הגנה על שלמות נתונים וסודיות הופכת חיונית.שיטות קריפטוגרפיים מסורתיות, תוך יעילות, לעתים קרובות כופים נטל חישובי כבד ואנרגיה על מכשירים מבוססי משאבים IoT.היתרונות של קודים נמוכים-רגישות של אבטחת מידע ומערכת אבטחה מותאמת אישית זו אינם יכולים לבחון באופן ישיר את ההצפנה של אבטחה ומניעה, ללא סודיות.

הנוף אבטחת המידע של IoT

האינטרנט של הדברים משתרע על מיליארדי מכשירים, מתרמוסטטים ביתיים חכמים ועד מערכות בקרה תעשייתיות.רבים מהמכשירים האלה פועלים בסביבה אלקטרומגנטית קשה, סובלים מפס רוחב פס מוגבל, והם מאוד בלתי מוגבלים לאבטחת חשמל ב-IoT כוללים מהירויות, נתונים מתעתקים בו זמנית, התקפות הפעלה מחדש של הצפנה ופרוטוקולים אבטחה לא מתאימים כמו TLS/SSL או IPec לעתים קרובות מדי עבור תקלות אבטחה מזיקות, כגון הדבקה עצמית, כמו הדבקה עצמית, יתר על פני בעיות אבטחה אלחוטיות, חסימתיות אבטחה אלחוטיות, או תיקון מזיקות.

קודים LDPC

קודים נמוכים-Density Parity-Check (LDPC) הם סוג של קודים תיקון שגיאות ליניאריות שהוצגו לראשונה על ידי רוברט גלגר בתזה שלו ב- MIT MIT MIT , הם מאופיין על ידי parity-check matrix - כלומר, matrix עם מעט מאוד אותות בהשוואה ל- אפסים.ספא זה הופך את האלגוריתמים מרתיעים (כגון אמונה) יעיל, כלומר, כלומר, מסוגלות נמוכה, כולל זיהוי אלקטרונים (2-1990) ו-ה, לאחר יכולת מדידה, בעיקר, לאחר אינטגרטיבית (DS).

כיצד קודים LDPC פועלים

קוד LDPC מוגדר על ידי מטריקס-בדיקה H של ממד (n-k) × n, שבו n הוא אורך קודמה ו k אורך ההודעה.המטריקס הוא ספאר: מספר ערכים לא אפס גדל ליניארי עם n, לא חד-עוצמה בדיקות כיפוף זה כרוך להכפיל את ההודעה על ידי מריצה G נגזר H ⁇ ; מורכבות יכול להיות O (n) עבור ספירה מהירה טווח כפול (דפס) עם גרף נמוך).

LDPC לתיקון שגיאות במכשירי IoT

מכשירים IoT פועלים לעתים קרובות בסביבות עם הפרעה, המוביל לשחיתות נתונים.תיקון שגיאות מבוסס LDPC מסייע לזהות ולתקן שגיאות במהלך שידור נתונים, להבטיח את שלמות קוראי חיישן, פקודות ומידע ביקורתי אחר.זה מקטין את הצורך בגישורות מחדש ושיפור מהימנות המערכת הכוללת.לדוגמה, ברשת חקלאות חכמה, חיי לחות הקרקע הממוקמת בתחומים עשויים לשדר יותר לטווח ארוך, רדיו שולי (Licials) עם מחסנים סטנדרטיים של 80.

השוואה עם קודי תיקון שגיאות

קודים בלוק קלאסי כמו ריד-Solomon (RS) הם לא בינאריים ודורשים Galois שדה ⁇ , אשר יקר חישובי קודים טורבו, בעוד חזק, יש ארכיטקטורות קודים שקשה להשוות ויכולים להציג שקיפות משמעותית. LDPC קודי, בניגוד, מציעים נקודה מתוקת משופרת: הם יכולים להיות מאומץ באופן מלא, להשיג ביצועים קרובים, ויש להם עיכובים צפוי של LDC נמוך יותר - במיוחד -2 -2 - תכונות סטנדרטיות - כולל תכונות סטנדרטיות - 3.

קידוד הסתגלות לשימור אנרגיה

האמינות המוצעת על ידי קודים LDPC חייבת להיות מאוזנת מפני צריכת אנרגיה. קודים ארוכים יותר וקידודים יותר מגבירים את כוח תיקון השגיאה, אך גם שימוש בכוח.תוכניות קידוד הסתגלות מאפשרות למכשירים של IoT לעבור בין שערי קוד (למשל, מ- 3/4 עד 1/2) בהתבסס על תנאי ערוץ. כאשר הערוץ נקי, קוד גבוה מצמצם אנרגיה; תחת התערבות, קצב נמוך יותר של הגנה על ידי התקנים אלה ניתן להרחיב את רמת ההתאמה של 20 ל-אונדנטים באמצעות תואמים את רמת הדיוק של רשתות אלה.

LDPC בטכניקות הצפנה

מעבר לתיקון שגיאות, קודים LDPC יכולים להשתלב בתוכניות הצפנה כדי לחזק את אבטחת המידע.הנכסים המתמטיים שלהם ניתן לנצל כדי ליצור אלגוריתמים מאובטחים עמידים לקריפטציה.שלב LDPC עם שיטות הצפנה מסורתיות מספק הגנה שכבתית נגד קידוד ו- tampering (אזור בולט אחד הוא הצפנה מבוססת קוד, הבסיס של מק'אסטיספטוסטרויסט מערכת הצפנה קלאסית, שימוש קוד פתוח יותר).

LDPC - מבוסס McEliece עבור קל משקל הצפנה

מקאליס המסורתית משתמשת בקודי Goppa עם אורך מפתח של מאות קילובייט - גדול מדי עבור מחסנים IoT מוגבלים. LDPC מבוסס גרסאות, כגון "QC-MDPC" (Quasi-Cyclic Moderate Density Parity-Check) Cryptosystem, להפחית את הגדלים העיקריים לכמה מאות על ידי קידוד בבסיס נשאר ביעילות התקפה סטנדרטית של 2Cycer סטנדרטית של מערכת תיקון סטנדרטית של תיקון סטנדרטית של מערכת הצפנה.

אבטחה שכבתית עם LDPC

טכניקה חדשנית נוספת היא אבטחה שכבתית פיזית, שבו רעש הערוץ עצמו משמש לאבטחת תקשורת. קודים LDPC יכול להיות מתוכנן ליצור "פער אבטחה" - אזור של איכות ערוץ שבו המקלט המיועד יכול לפענח כראוי בעוד aavesdropper עם ערוץ מעט גרוע יותר לא יכול. על ידי הוספת רעש מלאכותי או הגדרת שיעור קוד גבוה יותר, המערכת מבטיחה כי רק המשתמש הלגיטימי, מי יודע את ההסתברות ספציפית ותיקון של תזמון, במיוחד עבור תרחישים כגון שידורים, במיוחד.

היתרונות של אבטחה מבוססת LDPC עבור IoT

  • (FLT:0) יעילות: קודים של LDPC 1 מאפשר קידוד מהיר וקידוד, מתאים למכשירי IoT מוגבלים משאבים.
  • [ה]העיקרון: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]][ה]]]]]] [ההה'] [ה'[ה]]] [ה'[ה'] [ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה
  • (FLT:0) סודיות: 1 כאשר נעשה שימוש בהצפנה, קודים LDPC מוסיפים שכבה נוספת של מורכבות עבור תוקפים פוטנציאליים.מערכת הצפנה מבוססת קוד מאמינים כי הם עמידים בפני התקפות מחשב קוונטיות, תוך עמידה בהם כבחירה מוכחת לעתיד עבור מכשירים מקוונים ארוכים.
  • (FLT:0)איכותיות: LDPC טכניקות ניתן להתאים לסוגים שונים של מכשירים וגודלי רשת. פרמטרים (אורך בלוק, שיעור, חלוקת תואר) ניתן לכוון כדי להתאים את דרישות האמינות ואת תקציבי האנרגיה של יישומים שונים, מזרמים וידאו באמצעות מחשב גבוה ועד לקריאה טמפרטורה מופרזת.
  • (FLT:0) פונקציונליות מילולית: 1FLT:1 מנוע LDPC יחיד יכול לבצע הן תיקון שגיאות והצפנה / פעימה, חיסכון אזור למות וכוח בהשוואה בלוקים נפרדים.זה חשוב במיוחד בעיצובים מערכתיים על שבב (SoC) עבור מודולים IoT.

שיקולים מעשיים

הגבלת אבטחה מבוססת LDPC במוצרי IoT אמיתיים מחייבת תכנון חומרה זהה-תוכנות משולבות.קביעת הזיהומים צורכת כוח: כל אחד מההשבחה כוללת מספר פעולות אבטחה של שותפים.עבור מכשירי סוללות, הגבלת הזיהומים ל-10 עד 15 ושימוש מוקדם בהשלמת בדיקות אבטחה המבוססות על סודיות (אך בדיקות סודיות) יכולות להפחית את האנרגיה.

אתגרים וכיוונים עתידיים

בעוד טכניקות מבוססות LDPC מציעות יתרונות רבים, אתגרים נשארים.יישום קודים אלה דורשות תכנון זהיר כדי לאזן אבטחה חישובית מעל הראש. טביעת הרגל הזיכרון לאחסון ממטריקס parity-check, גם אם ספאר, יכול להיות דאגה למכשירים עם רק כמה קילויביות של SRAM, עם זאת, קודים חד-ציקליים המאפשרים על הדור השברירי של המרחץ באמצעות הפסקות לחץ דם קטן, כולל התקפות לחץ דם מגנטיות אחרות.

מחקר עתידי נועד לייעל אלגוריתמים של LDPC למכשירים בעלי כוח נמוך ולשלב אותם בצורה חלקה למסגרות אבטחה קיימות של IoT.

Cryptography מאובטח

מערכות הצפנה מבוססות LDPC הן מועמדים בולטים לאבטחת דואר קוונטי.סטנדרט NIST עבור הצפנה מבוססת קוד (כמו מבוסס על קלאסי מקאליס או QC-MDPC) יסיע אימוץ.ערמות IoT חייבות להיות מעודכנים כדי לתמוך בפרימיטיביים חדשים אלה ללא הקרבה ביצועים. יישום חדש באמצעות קודים חדשים עם מפתחות ציבוריים קטנים יותר (למשל, בהתבסס על קודים אבולוציה) הם נבדקים עבור קודים תעשייתיים.

שילוב עם 5G ו- LPWAN

3GPP כבר תקן LDPC עבור 5G NR ערוצי נתונים.הפעלת ערוץ הבקרה עבור mMTC יכול לאפשר אבטחה ואמינות מאוחדת.עבור טכנולוגיות של LPWAN כמו LoRaWAN, ניתן להוסיף מצבי LDPC מותאם אישית בקושחה, מתן דרך עבור שערים קיימים.

Machine Learning for Fitive LDPC

סוכני למידה כוח יכולים לכוון פרמטרים LDPC (קצב קוד, ספירת ההסרה, הקצאת חשמל) בזמן אמת על בסיס תקציבי המדינה והאנרגיה של ערוץ. ניסויים ראשוניים מוכיחים כי סוכנים כאלה יכולים להשיג 15% חיסכון באנרגיה תוך שמירה על שיעורי שגיאה.

הסכם חומרה

מעבדים ייעודיים של LDPC ב-ARM Cortex-M Class מכשירים מתפתחים. חברות כמו Xilinx ו- Intel מציעים ליבות IP LDPC הפועלות ב-1 mW per Gbps, מה שהופך אותם ל-Apreative עבור שערים מבוססי-סוללה. Open-sources (למשל, על RISC-V פלטפורמות) גם צוברים מערכת יחסים.

ככל שה-IoT ממשיך לגדול, אימוץ שיטות תיקון שגיאות מתקדמות והצפנה כמו LDPC יהיה חיוני לשמירה על מכשירים מחוברים ונתונים.שלב טכניקות אלה מבטיח מערכת אקולוגית בטוחה ואמינה יותר עבור העתיד.ההתכנסות של חומרה יעילה באנרגיה, קריפטוגרפיה קוונטית-resistant, ואלגוריתמים מתאימים מבטיחים כי קודים LDPC ימלאו תפקיד מרכזי בדור הבא של מערכות אמינות.

(ב) ראו את הסקירה של קוד ה-FLT:0 (ה-HDPC) בוויקיפדיה: 1:1, The WikipediaFLT:2McEliece Cryptosystem PageevolveFLT 3: The FLT:4NIST Post-Quan CryptocioFLT:5, וסקר על שכבת אבטחה LT:6 פיזיקלית עבור LTF 7NIST Post-Quan Cryptocio Cryptocingraphy Projectcio:5.