مجله علمی  رایانش نرم و فناوری اطلاعات

مجله علمی رایانش نرم و فناوری اطلاعات

یک پروتکل احراز هویت سبک وزن آگاه از مکان برای اینترنت اشیاء

نوع مقاله : مقاله پژوهشی فارسی

نویسندگان
دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد گرگان، گرگان، ایران.
چکیده
امروزه، تلفیق فناوری اطلاعات و ارتباطات، هوش مصنوعی، اینترنت اشیاء (IoT)، بلاک‌چین، و دیگر تکنولوژیهای نوین منجر به ظهور انقلاب صنعتی چهارم شده و تغییرات گسترده و عمیقی در زندگی بشر به‌وجود آورده است. اینترنت اشیاء از تجهیز وسایل پیرامون انسان‌ها به حسگرها، محرک‌‌ها، تراشه‌‌های پیشرفته و الگوریتم‌‌های هوشمند به‌وجود آمده است به‌طوریکه این وسایل به اینترنت نیز متصل بوده و از طریق آن با سایر وسایل یا انسانها بطور مستقل ارتباط برقرار می‌‌‌کنند. با توجه به استقلال وسایل هوشمند در اینترنت اشیاء، تامین امنیت یکی از مهمترین مسائل در بحث اینترنت اشیاء می‌‌‌باشد. مکانیزم‌های امنیتی در اینترنت اشیاء نه تنها باید حملات امنیتی سنتی را مورد توجه قرار دهند، بلکه بایستی ارتباطات امنی برای هر دو نوع ارتباط ماشین با انسان و ماشین با ماشین را فراهم نمایند. احراز هویت دستگاه‌ها یکی از مهمترین مسائل در بحث امنیت اینترنت اشیاء میباشد. از این رو، در این مقاله یک پروتکل احراز هویت متقابل آگاه از مکان برای سیستم‌های اینترنت اشیاء پیشنهاد شد. در این پروتکل، موجودیت‌ها می‌توانند یکدیگر را احراز هویت نموده و به یک کلید جلسه مخفی مشترک دست یابند. در تولید این کلید، از اطلاعات دستگاه‌ها، مکان آن‌ها و نوع دستگاه‌ها از نظر ثابت یا سیار بودن استفاده شده است. از این کلید برای احراز هویت دستگاهها قبل از ارسال اطلاعات بر روی کانال‌های بی‌‌‌سیم استفاده می‏شود. جهت اثبات درستی و سبک بودن پروتکل پیشنهادی، آزمایش‌هایی صورت گرفت. نتایج بدست آمده از آزمایش‌ها نشان می‌‌‌دهد که افزودن پارامتر موقعیت مکانی به پروتکل احراز هویت منجر به افزایش قدرت امنیتی پروتکل گردیده در حالیکه هزینه‌های ارتباطی و محاسباتی افزایش قابل توجهی نداشته است.
کلیدواژه‌ها

[1] A. Al-Fuqaha, M. Guizani, M. Mohammadi, M. Aledhari, and M. Ayyash, "Internet of things: A survey on enabling technologies, protocols, and applications," IEEE communications surveys & tutorials, vol. 17, no. 4, pp. 2347-2376, 2015.
[2] C. D. Pham and T. K. Dang, "A lightweight authentication protocol for D2D-enabled IoT systems with privacy," Pervasive and Mobile Computing, vol. 74, p. 101399, 2021.
[3] C. Cheng, R. Lu, A. Petzoldt, and T. Takagi, "Securing the Internet of Things in a quantum world," IEEE Communications Magazine, vol. 55, no. 2, pp. 116-120, 2017.
[4] I. Velásquez, A. Caro, and A. Rodríguez, "Authentication schemes and methods: A systematic literature review," Information and Software Technology, vol. 94, pp. 30-37, 2018.
[5] R. Madhusudhan and R. Mittal, "Dynamic ID-based remote user password authentication schemes using smart cards: A review," Journal of Network and Computer Applications, vol. 35, no. 4, pp. 1235-1248, 2012.
[6] S. Sicari, A. Rizzardi, L. Grieco, G. Piro, and A. Coen-Porisini, "A policy enforcement framework for Internet of Things applications in the smart health," Smart Health, vol. 3, pp. 39-74, 2017.
[7] C. Lai, H. Li, R. Lu, R. Jiang, and X. Shen, "SEGR: A secure and efficient group roaming scheme for machine to machine communications between 3GPP and WiMAX networks," in 2014 IEEE International Conference on Communications (ICC), 2014: IEEE, pp. 1011-1016.
[8] C. Lai, R. Lu, D. Zheng, H. Li, and X. S. Shen, "GLARM: Group-based lightweight authentication scheme for resource-constrained machine to machine communications," Computer Networks, vol. 99, pp. 66-81, 2016.
[9] X. Sun, S. Men, C. Zhao, and Z. Zhou, "A security authentication scheme in machine‐to‐machine home network service," Security and Communication Networks, vol. 8, no. 16, pp. 2678-2686, 2015.
[10] H. Zhu, X. Lin, Y. Zhang, and R. Lu, "Duth: a user‐friendly dual‐factor authentication for Android smartphone devices," Security and Communication Networks, vol. 8, no. 7, pp. 1213-1222, 2015.
[11] C.-C. Chang and H.-D. Le, "A provably secure, efficient, and flexible authentication scheme for ad hoc wireless sensor networks," IEEE Transactions on wireless communications, vol. 15, no. 1, pp. 357-366, 2015.
[12] A. K. Das, S. Kumari, V. Odelu, X. Li, F. Wu, and X. Huang, "Provably secure user authentication and key agreement scheme for wireless sensor networks," Security and Communication Networks, vol. 9, no. 16, pp. 3670-3687, 2016.
[13] A. K. Das, M. Wazid, N. Kumar, M. K. Khan, K.-K. R. Choo, and Y. Park, "Design of secure and lightweight authentication protocol for wearable devices environment," IEEE journal of biomedical and health informatics, vol. 22, no. 4, pp. 1310-1322, 2017.
[14] S. Li, T. Zhang, B. Yu, and K. He, "A provably secure and practical PUF-based end-to-end mutual authentication and key exchange protocol for IoT," IEEE Sensors Journal, vol. 21, no. 4, pp. 5487-5501, 2020.
[15] R. Melki, H. N. Noura, and A. Chehab, "Lightweight multi-factor mutual authentication protocol for IoT devices," International Journal of Information Security, vol. 19, no. 6, pp. 679-694, 2020.
[16] H. Yıldız, "A PUF-based lightweight group authentication and key distribution protocol," 2020.
[17] A. Fu, S. Lan, B. Huang, Z. Zhu, and Y. Zhang, "A novel group-based handover authentication scheme with privacy preservation for mobile WiMAX networks," IEEE Communications Letters, vol. 16, no. 11, pp. 1744-1747, 2012.
[18] J. Cao, M. Ma, and H. Li, "A group-based authentication and key agreement for MTC in LTE networks," in 2012 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 2012: IEEE, pp. 1017-1022.
[19] C. Lai, H. Li, R. Lu, and X. S. Shen, "SE-AKA: A secure and efficient group authentication and key agreement protocol for LTE networks," Computer Networks, vol. 57, no. 17, pp. 3492-3510, 2013.
[20] J. Jeong, M. Y. Chung, and H. Choo, "Integrated OTP-based user authentication scheme using smart cards in home networks," in Proceedings of the 41st Annual Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS 2008), 2008: IEEE, pp. 294-294.
[21] C. Lyu, D. Gu, Y. Zeng, and P. Mohapatra, "PBA: Prediction-based authentication for vehicle-to-vehicle communications," IEEE transactions on dependable and secure computing, vol. 13, no. 1, pp. 71-83, 2015.
[22] A. Babaei and G. Schiele, "Physical unclonable functions in the internet of things: State of the art and open challenges," Sensors, vol. 19, no. 14, p. 3208, 2019.
[23] C. Mesaritakis et al., "Physical unclonable function based on a multi-mode optical waveguide," Scientific reports, vol. 8, no. 1, pp. 1-12, 2018.
[24] X. Li, J. Niu, S. Kumari, F. Wu, A. K. Sangaiah, and K.-K. R. Choo, "A three-factor anonymous authentication scheme for wireless sensor networks in internet of things environments," Journal of Network and Computer Applications, vol. 103, pp. 194-204, 2018.