Evaluation d une méthode de certification distribuée dans les réseaux de capteurs fortement limités en puissance et en mémoire

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1 Introduction à la recherche en laboratoire Evaluation d une méthode de certification distribuée dans les réseaux de capteurs fortement limités en puissance et en mémoire André Naz (Ensimag), Encadrants: Jun-Young Bae, Franck Rousseau (LIG) Ensimag 22 mai mai 2013 < 1 / 18 >

2 Sommaire 1 Motivation 2 Pré-requis techniques 3 Protocole (version simplifiée) 4 Evaluation des performances 22 mai 2013 < 2 / 18 >

3 Certification distribuée Large réseau de capteurs sans-fils Système à clés publiques Distribution et authentification des clés publiques? Figure: Réseau de capteurs Une autorité de certification irréaliste! 22 mai 2013 < 3 / 18 >

4 Certification distribuée à l aide d accumulateurs John Zachary. A decentralized approach to secure management of nodes in distributed sensor networks. In Military Communications Conference, Jun-Young Bae, Franck Rousseau, Claude Castelluccia, and Cédric Lauradoux. Distributed key certification using accumulators for wireless sensor networks, 2012/2013. Implémentation et évaluation de performance sur des capteurs Sun SPOT ( JVM, CPU 32bits 400 MHz, 1Mo RAM, 8Mo Flash) Tester sur des capteurs plus restreints, ex : T-Mote Sky : CPU 16bits 8MHz, 10Ko RAM, 48Ko Flash 22 mai 2013 < 4 / 18 >

5 Sommaire 1 Motivation 2 Pré-requis techniques 3 Protocole (version simplifiée) 4 Evaluation des performances 22 mai 2013 < 5 / 18 >

6 Pré-requis techniques (1) Cryptographie sur les courbes elliptiques (ECC, de Koblitz et Miller 1985) Courbe E, et G point de E Clé privée SK Ni : scalaire quelconque Clé publique PK Ni = S Ni G (point) Elliptic curve logarithm problem Accumulateur cryptographique (Benaloh 1993) Aggrégation d un ensemble de valeurs v i V en un accumulateur z Déterminer si v V à partir de z (probabiliste) Basé sur les fonctions à sens uniques, quasi-commutatives f : X Y X, x X, y 1, y 2 Y, f (f (x, y 1 ), y 2 ) = f (f (x, y 2 ), y 1 ) 22 mai 2013 < 6 / 18 >

7 Pré-requis techniques (2) Accumulateur assymétrique (Benaloh 1993) n capteurs, h : X Y X à sens-unique, quasi-commutative, x X, PK Ni Y z = h(h(...h(h(x, PK N1 ), PK N2 ),...PK Nn 1 ), PK Nn ). Accumulateur partiel w i Test d appartenance de N j au réseau : z = h(w j, PK Nj )? Taille constante, indépendante du nombre de clés accumulées Accumulateur assymétrique ECC Multiplication scalaire-point sur une courbe elliptique : sens-unique, quasi-commutative Taux de faux positifs négligeable dès secp160r1 22 mai 2013 < 7 / 18 >

8 Pré-requis techniques (3) Accumulateur symétrique : filtre de Bloom (Bloom 1970) n capteurs, g : X X à sens-unique, x X, PK Ni Y z = x g(pk N1 ) g(pk N2 )... g(pk Nn ) Test d appartenance de N j au réseau : a = g(pk Nj ), k 0..l 1, a k = 1 z k = 1 Aucun accumulateur partiel Taille varie en fonction du nombre de clés accumulées et du taux de faux positifs 22 mai 2013 < 8 / 18 >

9 Sommaire 1 Motivation 2 Pré-requis techniques 3 Protocole (version simplifiée) 4 Evaluation des performances 22 mai 2013 < 9 / 18 >

10 Certification distribuée Figure: Verification noeud à noeud 1 1. Jun-Young Bae, Franck Rousseau, Claude Castelluccia, and Cédric Lauradoux. Distributed key certification using accumulators for wireless sensor networks, 2012/ mai 2013 < 10 / 18 >

11 Sommaire 1 Motivation 2 Pré-requis techniques 3 Protocole (version simplifiée) 4 Evaluation des performances 22 mai 2013 < 11 / 18 >

12 Environnement Table: Capteurs utilisés WSN430 (SensLAB) MB851 MSP430F1611 STM32W108CB Micro-controleur 8 MHz, 16 bits 24 MHz, 32 bits 10Ko RAM 8Ko RAM 48Ko flash 128Ko flash Mémoire externe 1Mo flash / ContikiOS 2.5 Contikiecc (Kasun Hewage du SCoRe et Vilhelm Jutvik de Sics) Filtre de Bloom (Erik Nordström) Table: Valeurs des paramètres utilisés Accumulateur Paramètre Valeur ECC Paramètre de la courbe secp160r1, secp192r1 Bloom Nombre d éléments 100 Taux de faux positifs mai 2013 < 12 / 18 >

13 Evaluation de l espace mémoire Table: Variables utilisées (octets) WSN430 MB851 Variable ECC ECC Bloom secp160r1 secp192r1 secp160r1 secp192r1 PK SK z w / Table: Taille des programmes (kilo-octets) 2 WSN430 MB851 hello-world secp160r1 secp192r1 hello-world secp160r1 secp192r1 RAM 4,6 6,3 6,6 5,1 6,2 6,4 Flash 19,0 32,8 33,0 26,5 34,7 34,9 Total 23,6 39,1 39,6 31,5 40,9 41,3 2. Évaluée avec msp430-size et arm-none-eabi-size 22 mai 2013 < 13 / 18 >

14 Evaluation du temps de calcul Table: Temps moyens de vérification d une clé (secondes) Capteur ECC Bloom secp160r1 secp192r1 WSN MB / 22 mai 2013 < 14 / 18 >

15 Travail similaire Nils Gura, Arun Patel, Arvinderpal Wander, Hans Eberle, and Sheueling Chang Shantz. Comparing elliptic curve cryptography and RSA on 8-bit CPUs. In Cryptographic Hardware and Embedded Systems-CHES Multiplication scalaire-point sur une courbe elliptique Codé en assembleur Secp160r1 : entre 0,81s et 4,58s Secp192r1 : entre 1,24s et 7,56s 22 mai 2013 < 15 / 18 >

16 Conclusions et travaux futurs Conclusions Protocole fonctionnel sur des capteurs à performance limitée Temps de calcul et occupation mémoire raisonnables (Accumulateur ECC) Accumulateur ECC meilleur en terme de mémoire Filtre de Bloom plus rapide dans des petits réseaux Travaux futurs Filtre de Bloom en flash Protocole complet d établissement de connexion 22 mai 2013 < 16 / 18 >

17 Remerciements Encadrants : Jun-Young Bae, Franck Rousseau Responsable du module IRL : Marie-Paule Cani Membre du jury : Christophe Rippert 22 mai 2013 < 17 / 18 >

18 Questions 22 mai 2013 < 18 / 18 >