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Lightweight key management solutions for heterogeneous IoT


Type of document : Thèse
Language : anglais

Responsability(ies) : Kandi, Mohamed Ali (19..-....). Auteur
Secondary (ies) Responsability(ies) : Bouabdallah, Abdelmadjid (19..-....). Directeur de thèse -- Lakhlef, Hicham (19..-....). Directeur de thèse

University of defence : Université de Technologie de Compiègne

National Number of thesis : 2020COMP2575

Year of publication : 2020


Discipline : Informatique et Sciences et Technologies de l'Information et des Systèmes : Unité de recherche Heudyasic (UMR-7253)

Subjects :


Keywords :

Summary (ies) :

  • L'Internet des objets (IdO) est une technologie émergente ayant le potentiel d'améliorer notre quotidien de différentes façons. Elle consiste à étendre la connectivité au-delà des appareils standards (tels que les ordinateurs, les tablettes et les smartphones) à tous les objets du quotidien. Ces appareils, également appelés objets intelligents, peuvent alors collecter des données de leur entourage, collaborer pour les traiter puis agir sur leur environnement. Cela augmente leurs fonctionnalités et leur permet d'offrir divers services au profit de la société. Cela dit, de nombreux défis ralentissent le développement de l'IdO. La sécurisation des communications entre ces appareils est l'un des problèmes les plus difficiles qui empêche cette technologie de révéler tout son potentiel. La cryptographie fournit un ensemble de mécanismes permettant de sécuriser les données. Pour leur bon fonctionnement, ces derniers ont besoin de paramètres secrets appelés clés. La gestion des clés est une branche de la cryptographie qui englobe toutes les opérations impliquant la manipulation de ces clés : génération, stockage, distribution et remplacement. Par ailleurs, la cryptographie légère consiste à étendre les mécanismes conventionnels (la gestion des clés comprise) aux appareils à ressources limitées. Afin d'être efficaces dans l'IdO, les nouveaux mécanismes doivent offrir un bon compromis entre sécurité, performance et consommation de ressources. La gestion légère des clés est donc l'essence de la communication sécurisée dans l'IdO et le cœur de notre travail. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau protocole léger de gestion des clés pour sécuriser la communication entre les appareils hétérogènes et dynamiques de l'IdO. Pour concevoir notre solution, nous considérons trois modes de communication : d'appareil à appareil, de groupe et de multi-groupes. Alors que la plupart des travaux connexes se concentrent uniquement sur l'un de ces modes de communication, notre solution sécurise efficacement les trois. Aussi, elle équilibre automatiquement les charges entre les appareils hétérogènes en fonction de leurs capacités. Nous prouvons alors que cela rend notre protocole plus adapté à l'IdO étant donné qu'il est efficace et hautement évolutif. De plus, nous proposons une décentralisation de notre protocole basée sur la technologie blockchain et les contrats intelligents. Ainsi, nous montrons qu'en permettant à plusieurs participants de gérer les clés cryptographiques, la décentralisation résout les problèmes de confiance, réduit le risque de défaillance du système et améliorer la sécurité. Nous implémentons enfin notre solution sur des plateformes IoT à ressources limitées qui sont basées sur le système d'exploitation Contiki. L'objectif est d'évaluer expérimentalement les performances de notre solution et de compléter nos analyses théoriques.
  • The Internet of Things (IoT) is an emerging technology that has the potential to improveour daily lives in a number of ways. It consists of extending connectivity beyond standard devices (such as computers, tablets and smartphones) to all everyday objects. The IoT devices, also called smart objects, can collect data from their surroundings, collaborate to process them and then act on their environment. This increases their functionalities and allow them to offer various services for the benefit of society. However, many challenges are slowing down the development of the IoT. Securing communication between its devices is one of the hardest issue that prevents this technology from revealing its full potential. Cryptography provides a set of mechanisms to secure data. For their proper functioning, these mechanisms require secret parameters called keys. The Key Management is a branch of cryptography that encompasses all operations involving the handling of these of extending the conventional mechanisms (including the Key Management) to the resource-limited devices. To be efficient in the IoT, the new mechanisms must offer a good compromise between security, performance and resource requirements. Lightweight Key Management is the essence of secure communication in the IoT and the core of our work. In this thesis, we propose a novel lightweight Key Management protocol to secure communication between the heterogeneous and dynamic IoT devices. To design our solution, we consider three modes of communication: device-to-device, group and multi-group communication. While most of the related works focus only on one of these modes of communication, our solution efficiently secures all three of them. It also automatically balances the loads between the heterogeneous devices according to their capabilities. We then prove that this makes our protocol more suitable for the IoT as it is e_cient and highly scalable. Furthermore, we propose a decentralization of our protocol based on the blockchain technology and smart contracts. We show that, by empowering multiple participants to manage the cryptographic keys, decentralization solves trust issues, lowers risk of system failure and improves security. We finally implement our solution on resource-constrained IoT motes that are based on the Contiki operating system. The objective is to experimentally evaluate the performance of our solution and to complete our theoretical analyses.

Other(s) title(s):

  • Titre traduit : Solutions de gestion des clés légères pour l IoT hétérogène


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