AES Otimizado para Uso em Aplicações IoT
Resumo
A segurança das informações trocadas diariamente entre dispositivos IoT é uma preocupação real, visto que o número de dispositivos está crescendo exponencialmente, produzindo uma numerosa quantidade de dados que trafegam pela Internet. Uma possível solução para proteger estas informações é o uso de algoritmos criptográficos. No entanto, os algoritmos de criptografia clássicos são custosos computacionalmente não sendo adequados para execução em dispositivos IoT de baixo poder computacional e com restrições de armazenamento de dados. Neste contexto, este trabalho propõe otimizações no algoritmo criptográfico AES, de forma que sua implementação seja viável para execução em dispositivos com recursos computacionais restritos, assim, possibilitando a proteção de dados em aplicações IoT. As otimizações propostas são dedicadas especificamente aos estágios SubBytes e MixColumns. Os resultados obtidos permitem bons resultados em desempenho e ainda garantem boa qualidade da criptografia. Para validar a segurança do algoritmo com as modificações propostas é utilizado o teste de efeito avalanche, além de verificar sua melhor distribuição de 0’s e 1’s no texto cifrado comparado ao algoritmo original, e também é aprovado nos testes do NIST. Em termos de desempenho, é obtida uma redução média de 86,71% em tempo de execução, comparado à versão original do AES, o que torna esta versão otimizada atrativa para aplicações IoT.
Referências
S. Sinha. “State of IoT 2023: Number of connected IoT devices growing 16% to 16.7 billion globally.” IOT Analytics. [link] (accessed Jun. 30, 2023).
N. Mishra and S. Pandya, ”Internet of Things Applications, Security Challenges, Attacks, Intrusion Detection, and Future Visions: A Systematic Review,” in IEEE Access, vol. 9, pp. 59353-59377, 2021.
A. A. Ahmad, ”A New Security Method for the Internet of Things Based on Ciphering and Deciphering Algorithms,” Kirkuk University Journal/Scientific Studies(KUJSS), Vol. 13, No.3, 2018.
K.L. Tsai, Y.L. Huang, F.Y. Leu, I. You, Y.L. Huang, and C.H. Tsai, ”AES-128 Based Secure Low Power Communication for LoRaWAN IoT Environments,” IEEE Access, Vol. 6, 2018.
O. Toshihiko. “Lightweight Cryptography Applicable to Various IoT Devices.” NEC. [link]. (accessed Jun. 30, 2023).
S. Ullah, R. Z. Radzi, T. M. Yazdani, A. Alshehri and I. Khan, ”Types of Lightweight Cryptographies in Current Developments for Resource Constrained Machine Type Communication Devices: Challenges and Opportunities,” in IEEE Access, vol. 10, pp. 35589-35604, 2022.
H. M. Mohammad and A. A. Abdullah, ”Enhancement process of AES: a lightweight cryptography algorithm-AES for constrained devices” in TELKOMNIKA (Telecommunication Computing Electronics and Control), vol. 20, pp. 551-560, 2022.
M. S. Fadhil, A. K. Farhan, M. N. Fadhil and N. M. G. Al-Saidi, ”A New Lightweight AES Using a Combination of Chaotic Systems,” 2020 1st. Information Technology To Enhance e-learning and Other Application (IT-ELA, Baghdad, Iraq, 2020, pp. 82-88.
D. N. Hammod, ”Modified Lightweight AES based on Replacement Table and Chaotic System,” 2022 International Congress on Human-Computer Interaction, Optimization and Robotic Applications (HORA), Ankara, Turkey, 2022, pp. 1-5.
L. Shi, Y. Wang, R. Jia, T. Peng, J. Jiang, and S. Zhu, ”Research of Lightweight Encryption Algorithm Based on AES and Chaotic Sequences for Narrow-Band Internet of Things,” In: Machine Learning and Intelligent Communications, vol. 294, pp. 267–280, 2019.
J. R. Naif, G. H. Abdul-Majeed and A. K. Farhan, ”Secure IOT System Based on Chaos-Modified Lightweight AES,” 2019 International Conference on Advanced Science and Engineering (ICOASE), Zakho - Duhok, Iraq, 2019, pp. 1-6.
F. Medeleanu, C.Racuciu, M.Rogobete,”Considerations About The Possibilities To Improve Aes s-box Cryptographic Properties By Multiplication”, Proceedings Of The Romanian Academy, 2015; 16(Special Issue):339-344.
T. Neha. “Advanced Encryption Standard (AES).” Binary Terms. [link]. (acessed Jul. 01, 2023)
M. Dworkin, E. Barker, J. Nechvatal, J. Foti, L. Bassham, E. Roback and J. Dray, Advanced Encryption Standard (AES), Federal Inf. Process. Stds. (NIST FIPS), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, [online], https://doi.org/10.6028/NIST.FIPS.197 (Accessed July 1, 2023)
S. A. Mehdi, K. K. Jabbar and F. H. Abbood, ”Image Encryption Based On The Novel 5D Hyper-Chaotic System Via Improved AES Algorithm”, In: International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET), vol. 9, pp. 1841-1855, 2018
W. Stallings, Cryptography and Network Security: Principles and Practice. USA: Prentice Hall Press, 2013.
A. Rukhin, J. Soto, J. Nechvatal, M. Smid, E. Barker, S. Leigh, M. Levenson, M. Vangel, D. Banks, A. Heckert, J. Dray, and SanVo,”A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Application”, NIST Special Publication 800-22, 2000.
