End-to-end encryption protocol for internet of things devices

Abstract

Secure communication is an important requirement for many applications, even if the communicating devices are resource-constrained. The emergence of Internet of Things (IoT) has also raised the demand for low-power devices that can communicate with each other or send data to a central location for processing. Commonly used protocols that provide secure messaging to different applications are reviewed in this document. Some IoT applications are also described to provide more context and different types of attacks against IoT systems are also briefly presented. An encrypted messaging protocol employing the Double Ratchet Algorithm is described and the protocol implementation evaluated and compared to a simple reference protocol implementation. The results show that the protocol has improved backward secrecy and forward secrecy properties compared to commonly used protocols at the cost of slightly decreased performance and a reliability trade-off. Different cryptographic primitives and their suitability for use in the protocol are also evaluated.

Turvallinen kommunikointi on tärkeä vaatimus monille sovelluksille vaikka kommunikoivilla laitteilla olisikin vain hyvin rajallinen määrä resursseja käytettävissään. Esineiden internetin syntyminen on myös nostanut kysyntää pienitehoisille laitteille, jotka voivat kommunikoida toistensa kanssa tai lähettää dataa keskeiseen sijaintiin prosessoitavaksi. Tässä dokumentissa arvioidaan yleisesti käytettyjä protokollia, jotka toteuttavat turvallisen kommunikaation erilaisissa sovelluksissa. Myös joitakin esineiden internetin sovelluksia ja erilaisia hyökkäyksiä niitä vastaan esitetään. Dokumentissa myös kuvaillaan viestintäprotokolla, joka käyttää Double Ratchet Algoritmia. Protokollan toteutus arvioidaan ja sitä vertaillaan yksinkertaiseen vertailuprotokollaan. Tulokset näyttävät esitetyn protokollan toteuttavan yleisesti käytettyjä protokollia paremmat backward secrecy- ja forward secrecy -ominaisuudet vähäisellä suorituskyvyn laskun, ja joissakin tapauksissa luotettavuuden, kustannuksella. Myös erilaisia kryptografisia primitiivejä ja niiden soveltuvuutta protokollassa käytettäväksi arvioidaan.