Kablosuz Sensör Ağları (WSNs) çevre izleme, endüstriyel otomasyon, sağlık ve askeri gözetimi alanlarında kritik altyapıyı ortaya koyar.Bu ağların güvenli iletişim protokollerinin geniş bir dizi güvenlik tehdidine maruz kalır, pasif ealar ile doğrudan fiziksel katmana kadar, FSK tabanlı protokollerin yasal olarak güvenli bir şekilde uygulanması için temel olarak ortaya çıktı, bu güvenli bir güvenlik protokolü oluşturmak için gerçek bir güvenlik protokolü sunar.

Frekans Değiştirilmesinin Temelleri

Frekans Değiştirilmesi dijital verileri, taşıyıcı frekansı iki veya daha ayrı değer arasında değiştirir. ikili FSK (BFSK) içinde mantıksal olarak ) daha düşük frekans tarafından temsil edilir).)[FLT: 6)

[Dönemli: s.)[[0][D) {[0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|) [Dönemli) ⁇ [DÜye|[DÜye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)

FSK sisteminin temel parametreleri frekansı sapmayı içerir (ENFLT:0))) ve [[Dönekli WSN düğümleri için, FSK caziptir:[D][/FONT=0))

  • [FONT:0]Constant zarf – Güç yükselteçleri, maksimum enerji verimliliğine sahiptir.
  • [FONT:0]Non-coherent algılama) – Basit zarf dedektörleri veya ayrımcılar alıcı karmaşıklığı azaltılabilir.
  • [FONT=0) Doğruluk dalgalanmalarına karşı çıkmak (Dönetici: 1) ASK'nın aksine FSK büyük ölçüde amplitüd amplifiğe dayalı varyasyonlara bağışıklık sağlar.

IEEE 802.15.4 standart (Zigbee), daha düşük maliyet ve güç profilleri nedeniyle Offset-Quadrature Faz Shift Keying (O-QPSK) kullanır, ancak birçok özel ve düşük frekanslı WSN (örneğin, 433 MHz ve 868/915 MHz ISM bantlarında) FSK'yi daha düşük maliyet ve güç profilleri nedeniyle kullanır.

Kablosuz Sensör Ağlarında Güvenlik Vulner yükümlülükleri

WSNs eşsiz bir tehdit manzarasıyla karşı karşıyadır, çünkü sensör düğümleri genellikle bataryaya güçlenir, sınırlı hafıza ve işlemci hızına sahiptir ve düşmanca veya ulaşılamaz ortamlarda dağıtılabilir olabilir. Common Attack::

  • [FONT:0]Eavesdrop (Passive)) – Hassas verileri yakalamak için radyo yayınları.
  • [FONT:0)Data fullpering (Active))[Uygunlar) - Saldırılar yanlış paketler yanlış ölçümlere veya yanlış alarmlara yol açar.
  • [FONT:0]Hiçbirde taklit / Sybil saldırıları) – Kontrol kazanmak veya kesintiye uğramak için birçok kimlik için kötü niyetli bir şekilde hayır.
  • [FONT:0) Hizmetin Denial (DoS)) – Kablosuz kanalı veya tükenen düğümleri tekrarlanan iletimlerle karıştırın.
  • [FONT:0]Replay saldırıları – Geçerli paketler ağı aldatmak için daha sonra yeniden başlatılır.

Geleneksel güvenlik sayacı - Perrig ve al. (2004), RC5 gibi gelişmiş şifreleme Standardı (AES) olarak, sensör düğümleri için genel anahtar yönetim, düğümler dağıtıldığında karmaşık hale gelir.Inrig et al. (2004), araştırmacılar, kablosuz kanaldaki özellikleri için kullanılan ek bir yaklaşım olarak fiziksel katman güvenliğine dönüştürdüler.

FSK-Based Secure Communication Protokolü

FSK tabanlı güvenli protokolleri, kanaldaki güvenlik mekanizmalarını entegre eder ve üç birincil fayda sağlar: (i) MAC tabakasının altında çalışır, fiziksel parametrelerin bilgisi olmadan daha fazla saldırı yapar; (ii) kanalın kendisi gizlilik sağladığında ek kriptografik işlemeden kaçınırlar; ve (iii) aşağıdaki alt bölümlerdeki temel yaklaşımlara göre fark edilebilirler.

FSK ile Fiziksel Katman Güvenliği

Fiziksel katman güvenliği, kablosuz kanalın rastgeleliğini ve yeniden değerini, Alice ve eavesdrop (Eve) arasındaki kanaldan daha iyi bir sinyal-noise oranına sahip olması gerektiğidir.

  • [FONT=0]Frequency Diversity[[[Dönetici: 1 ) – Birden çok frekans ton kullanarak, protokol farklı frekanslarda kanal dürtü yanıtlarını ölçebilir, anahtar malzemenin entropisini artırabilir.
  • [FONT:0]Non-coherent alıcılar[[DÜT:1) - Kanal aşaması gerekli değildir, alınan sinyal gücü göstergelerinden temel ekstraksiyonu basitleştirmek (RSSI) varyasyonlar.

Tipik bir protokol iki aşamada çalışır: kanal modellemesi (Alice ve Bob exchange FSK sembolleri ve kanalı RSSI ile tahmin edin) ve anahtar uzlaşma (sahkalama düzeltme ve mahremiyet amplifikasyonu kullanarak ortak bir dize üzerinde hemfikirler). Çünkü FSK sürekli olarak koruyor, zarf RSSI ölçümleri verici güç yükselticiliğinde daha tutarlı hale geliyor.

FSK Modulation Entegrasyonu

Paket seviyesindeki verileri şifrelemek yerine, bazı protokolleri doğrudan FSK dalgaformuna doğrudan doğruya doğru bir şekilde entegre ederek, güvenli bir şekilde çalıştırılan ve eavesleleştirici bir sistem oluşturabilir.In example, the OLMSQ3 (FHSS)[FLT)[D)[Döneticileri olmayan bir şekilde genişletilebilir.

Kimlik Doğrulama Mekanizmaları

FSK tabanlı protokollerin kimlikleri genellikle bir FSK vericisine entegre edildiğinde, istemci doğrulama yöntemlerinin farklı bir şekilde işlenmesini gerektiren bir sistemle ilgili olarak, istemcinin frekanslarını kullanarak, belirli bir işlemden elde edilen bir işlemden elde edilen bir şekilde otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak indirme işlemine olanak sağlayan bir şekilde ayarlandığında, otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak ayarlanan bir şekilde ayarlanan bir şekilde ayarlanan bir şekilde ayarlanan bir şekilde ayarlanan bir ağ geçidin otomatik olarak kullanılması durumunda, istemcinin otomatik olarak kontrol edilmesi gerekir.

Uygulamayı Değerlendirme

Gerçek WSN'lerde FSK tabanlı güvenli protokollerin kullanılması, güvenlik gücü, enerji verimliliği ve donanım kısıtlamalarının dikkatli bir şekilde dengelemesi gerektirir. Aşağıdaki yönler kritiktir.

Enerji Verimliliği vs. Güvenlik Güçlü

Her güvenlik mekanizması enerji tüketiyor - ya doğrudan hesaplama yoluyla veya dolaylı olarak artan iletim süresi (duty) FSK tabanlı fiziksel katman güvenliği, enerjiyi katmanına kıyasla 5 şifrelemeye kıyasla azaltabiliyor, ancak her zaman 0,9 $ 'lık bir kanalda tüketilen temel bir üretim hacmini kullanarak, otomatik olarak tekrarlama işlemine ihtiyaç duyuyor.

senkronizasyon ve Frekans Hopping

Tüm FSK tabanlı güvenli protokolleri, frekans umutlu veya zaman alıcı modulation parametrelerinin doğru senkronizasyon gerektirir. WSNs, saat sürüklenmeler (tipik olarak 20-100 ppm düşük maliyetli kristal osilatörler için) alıcının bunu azaltmak için bir araya gelmesi için, protokolleri:

  • [FONT=0)Pilot sembolleri[[[Dönemli: 1) FSK tones, zamanlama ve frekans dengeleme tahminleri için periyodik olarak sıralanmıştır.
  • [FONT=0)Guard aralıkları[[Dönler: 1 ) – Alıcının otomatik frekansı kontrolüne izin vermek için ekstra zaman (AFC) kilitlemek için.
  • [FONT:0)Kural- bazlı algılama[Dönetici: 1 ) - Eşleştirilmiş filtreler bankası kullanarak, her bir ayarlı frekanslardan birine ayarlandı ve en yüksek korelasyon zirveyle çıktıyı seçin.

Memory constraints ayrıca uygulamayı da etkiler.The Hopeping serisi göz atın masası (LUT) birkaç kilobay flaşı gerektirir - modern 8bit mikro kontrolleri için kullanılabilir, ancak LUT'un 1 kB altında LUT'u tutmakta olan bir işlemdir.

Gerçek Dünya Uygulamaları

FSK tabanlı güvenli protokolleri, WSN güvenliklerinin parasal olduğu birkaç alanda veya önerilmiştir, ancak kaynaklar sınırlıdır.

  • [FONT=0)Staj Süreci Kontrol[DÜDÜT:1) – KablosuzHART (IEC 62591), frekans umutlu ve bağlantı katmanı şifrelemesi ile kanala dayalı olarak doğrulama kullanır.
  • [FONT=0)Medical Body Area Networks (WBANs)) [Afrikada 802.15.6 WBANs için standart, DQPSK kullanarak küçük bir bant fiziksel katmanı içeriyor, ancak araştırma önerileri FSK tabanlı fiziksel katman güvenliği, vücut yüzeyinde hassas hasta verileri koruyabilir.A prototipi kullanarak bir 433 MHz FSK radyosu için bir anahtar nesil oranı % 50 biraz daha düşüktü.
  • [FONT:0)Militeary Surveillance[[Dönetici: 1 ) – Perometre izleme için şifreleme anahtarları genellikle düşük ücret döngüsü ve frekans umutluluk ile birlikte FSK'yı kullanarak frekans dengelemek için FSK'yı kullanır.
  • [FONT:0) Akıllı Tarım[DÜT:1] – Uzaktan alanlarda kullanılan nem ve sıcaklık sensörleri FSK radyoları (örneğin, Semtech SX127x LoRa radyosu, fiziksel katmanından biri olarak FSK'yi kullanan) bir ses geçirmez dizisini uygulama ile, bu sensörler, daha önceleri veya transistörler tarafından tam olarak karşılaştırılabilir ve verileri tam olarak karşılayabilir.

Bu örnekler, daha yüksek katmanlı güvenlik standartlarının olgunluğa rağmen, FSK tabanlı fiziksel katman yaklaşımları enerji verimliliği, basitlik ve çevresel dayanıklılık açısından pratik avantajları sunmaya devam etmektedir. Zigbee'nun güvenlik mimarisine daha fazla ayrıntı için, bkz.0Zigbee Standard).

Future Research

FSK tabanlı WSNs için güvenli iletişim alanı hızla gelişmektedir, Nesnelerin İnterneti (IoT) tarafından hafif, ölçeklenebilir güvenlik ihtiyacı tarafından yönlendirilmektedir:

  • [FONT:0] Adaptasyon ve Anahtarlama[Dönetici: 1) Makine öğrenme algoritmaları (örneğin, takviye öğrenme) FSK sapmasını dinamik olarak ayarlar ve ölçümleme deseni ölçülmüş kanal koşullarına ve tehdit seviyesine göre optimize eder. Bu, güvenlik gücü ve enerji tüketimi arasındaki ticaretin gerçek zamanlı olarak optimize eder.
  • [FONT:0)KD ile ilgili olarak, [QKD) ) [CFOD, fiber ağ için tipik olarak kabul edilirken, son derece değişken QKD kullanımı zayıf koherent pullar kullanarak, FSK modulation ile birlikte optimizasyon yapılır.
  • [FONT=0]Cooperatif Fiziksel Katman Güvenliği[Dönetici: 1) Harnessing multiple sensör düğümleri alıcının SNR'yi geliştirmek için geçiş kapasitelerini artırmak için. Örneğin, iki komşu düğümleri aynı frekanslarda aynı şekilde yapay gürültüyü aynı frekanslara karşı işbirliği yapabilir, alıcının SNR'yi yükseltmeden kafa karıştırıcı eavesdroplar.
  • [FONT:0)Standartized FSK Güvenlik Profilleri[[Dönetici: 1 ) – IEEE 802.15.4 çalışma grubu FSK tabanlı umut ve kanal-aware anahtar nesli dahil olmak üzere gelişmiş fiziksel katman güvenliği için bir değişiklik göz önünde bulundurulur. Standartlaştırılmış bir profil, satıcılar arasında kabul ve içebilirlik hızlandıracaktır.
  • [FONT=0] Gelişmiş Saldırılara İlişkin Tutumlamalar[Dönder: 1) – Yeni adversarial modeller, umut verici deseni öğrenen makine bazlı reçemerler gibi, karşıtlamalar gerektirebilir. FSK protokolleri, anahtar olmadan tahmin edilemez olan rastgele yaşayan zaman veya frekans beyazlaşma dizilerini içerebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

FSK tabanlı güvenli iletişim protokolleri, kaynak kısıtlamalarına sahip güvenlik sağlamak için zorlayıcı bir yol sunar.Bu tür algoritmaların fiziksel katmanda faaliyet gösteren, bu protokollerin akıllı algoritmaların, kooperatif tekniklerinin ve konum özelliklerine sahip olduğu konusunda ikna edici bir yol sunar - daha önce üretim sistemlerindeki güvenlik için güvenlik sağlar.