طراحي پروتكلهاي امنيتي سبك وزن در شبكه هوشمند با استفاده از توابع غيرقابل همسان سازي فيزيكي بهبوديافته

دكتري

شبكه هوشمند با استفاده از فناوري اطلاعات و ارتباطات به عنوان آينده سيستم‌هاي قدرت در دهه اخير مطرح شده است. اين شبكه با ميسر نمودن ارتباطات دوطرفه در كنار جريان داشتن توان الكتريكي، موجب بهبود قابليت اطمينان، انعطاف‌پذيري، كنترل از راه دور و كاهش توليد گازهاي گل‌خانه‌اي مي‌شود. هرچند كه استفاده از فناوري اطلاعات و ارتباطات موجب بروز چالش‌هايي جدي براي عملي شدن مفهوم شبكه هوشمند مي‌گردد كه در ميان همه چالش‌هاي موجود، موضوع امنيت مهم‌ترين مساله‌اي است كه بايد به آن پرداخته شود. لذا، استفاده از اصول و الگوريتم‌هاي رمزنگاري در طراحي پروتكل‌هاي ارتباطي در شبكه هوشمند اجتناب‌ناپذير خواهد بود. از طرفي ديگر، اكثر دستگاه‌هاي شبكه داراي محدوديت‌هايي در توان مصرفي، ظرفيت پردازشي، محاسباتي، مخابراتي و ميزان حافظه ذخيره‌سازي مي‌باشند كه مهندسين و متخصصين حوزه امنيت را به سمت طراحي پروتكل‌هاي سبك‌وزن سوق مي‌دهد. اين در حالي است كه اكثر روش‌ها و الگوريتم‌هاي رمزنگاري معمول، داراي سربار ذخيره‌سازي، محاسباتي و مخابراتي نسبتا بالايي هستند. توابع غيرقابل همسان‌سازي فيزيكي (PUFs)، توابعي هستند كه مي‌توانند با استفاده از ساختار فيزيكي و ذاتي تراشه‌هاي الكترونيكي، توليد كليد رمزنگاري نموده و يا در احراز اصالت دستگاه‌هاي مربوطه مورد استفاده قرار گيرند. اين توابع به دليل خاصيت تصادفي بودن بالا و غيرقابل همسان‌سازي بودن، به‌صورت يك اثر انگشت براي سخت‌افزار عمل نموده و مي‌توانند نقش مهمي را در طراحي روش‌هاي رمزنگاري سبك‌وزن ايفا نمايند. هدف اين رساله آن است كه در ابتدا با طراحي و پياده‌سازي PUFهاي مناسب، روش‌هايي نوين و بهينه براي استخراج كليد رمزنگاري امن مطابق با استانداردهايي نظير قابليت اطمينان ويكنواخت بودن پاسخ ارائه گردد. همچنين در ادامه نيز بتوان مبتني بر كليد به دست آمده از PUF، پروتكل‌هايي امن طراحي نمود كه مناسب نيازمندي‌ها و محدوديت‌هاي موجود در شبكه هوشمند بوده و در آن مورد استفاده قرار گيرند. بدين منظور در اين رساله، ابتدا با طراحي بهينه يك PUF، ميزان قابليت اطمينان به 100% افزايش پيدا مي‌كند و سپس پروتكلي سبك‌وزن كه امنيت آن از نظر رياضي نيز اثبات‌پذير است ارائه مي‌گردد. تحليل‌هاي امنيتي و ارزيابي‌هاي عملكردي نشان مي‌دهند كه پروتكل پيشنهادي مبتني بر PUF ارائه‌شده در اين رساله در برابر همه حملات ممكن امن بوده و در فضاي ذخيره‌سازي مورد نياز، سربار مخابراتي و هزينه محاسباتي، نسبت به روش‌هاي موجود بهبود قابل توجهي را به وجود مي‌آورد. به طوري كه ضمن فراهم نمودن ويژگي‌هاي امنيتي بيشتر، سربار محاسباتي را حداقل 7/2 برابر بهبود مي‌دهد. واژه‌هاي كليدي: توابع غيرقابل همسان‌سازي فيزيكي، شبكه هوشمند، پروتكل احراز اصالت سبك‌وزن.

209251

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي برق

دكتر محمد رضا موسوي ميركلايي