Implementation of Lightweight Elliptic Curve Cryptography for Security and Privacy in Cyber-Physical Systems of Intelligent Environmental Monitoring for the Northern Sea Route

Abstract

Развитие Интернета вещей создало множество новых возможностей для надежного и устойчивого развертывания киберфизических систем. Основные элементы киберфизической системы экологического мониторинга — это сенсорные устройства, которые имеют значительные ограничения ресурсов по условиям эксплуатации в условиях Северного морского пути, в том числе недостаточную емкость батареи, вычислительные возможности контроллера управления, ограничения по физической безопасности и режимам работы в особых климатических условиях. Такие ограничения ресурсов актуализируют разработку облегченных криптографических протоколов и алгоритмов удаленной идентификации, аутентификации и авторизации пользователей и устройств. В статье рассматривается удаленная аутентификация пользователей интеллектуальной системы экологической безопасности на основе облегченной криптографии. Реализация облегченных криптографических протоколов возможна, в том числе, с использованием эллиптических кривых. При этом облегчённая криптография не рассматривается как альтернатива классической, она представлена весомым дополнением для распределенных киберфизических систем, которое позволяет обеспечивать адекватную и компромиссную безопасность в средах с ограниченными ресурсами и мощностями. The development of the Internet of Things has created many new opportunities for the reliable and sustainable deployment of cyber-physical systems. The main elements of any environmental monitoring CS are sensor devices that have significant resource limitations in terms of operating conditions in the conditions of the Northern Sea Route, including insufficient battery capacity, computing capabilities of the control controller, limitations on physical security and modes of operation in special climatic conditions. Due to such resource limitations, the development of lightweight cryptographic protocols and algorithms for remote identification, authentication and authorization of users and devices is very relevant. Remote authentication of users of an Intelligent Environmental Security System based on LWC is proposed for the first time in the domestic literature and ensures that two parties establish a secure and reliable session key, which in the future can become an industry standard for IoT. The implementation of LWC in theory is also possible using elliptic curves. At the same time, we do not consider LWC as an alternative to classical cryptography. Rather, it is an important addition to distributed CS, which allows you to provide adequate and compromise security in environments with limited resources and capacities.