طراحی یک روش ارتباطی امن و سبک‌وزن در شبکه‌های حسگر آکوستیک زیرآبی

به دلیل محدودیت‌ها و ویژگی‌های منحصر به‌فرد کانال زیرآبی مانند پهنای باند مخابراتی کم، مقدار خطای بیت زیاد، تاخیر در انتشار قابل توجه و غیره، شبکه حسگرهای بی‌سیم می‌توانند به راحتی مورد حملات بدخواهانه قرار بگیرند. هماهنگی و مخابره پیام‌های زیرآبی بین حسگرها، به طور طبیعی چالش‌ها و نقطه‌نظرات امنیتی را به دنبال خود خواهد داشت. حمله بر روی پروتکل‌های شبکه، خصوصا پروتکل‌های ارتباطی می‌تواند به سادگی در شبکه‌های حسگر بی‌سیم زیرآبی انجام پذیرد. لذا هدف از این مقاله، ارائه یک پروتکل امن و بهینه برای ارتباطات در شبکه‌های حسگر زیرآبی تنها مبتنی بر عملگرهای رمزنگاری سبک‌وزن تابع یک‌راهه درهم‌ساز و تولیدکننده اعداد تصادفی می‌باشد. بدین منظور، ابتدا یک سامانه متشکل از تعدادی گره‌های حسگر و یک گره مرکزی به‌عنوان دریافت کننده اطلاعات با حضور گره یا گره‌هایی به‌عنوان حمله‌گر مدل شده و سپس مراحل مختلف پروتکل به صورت جز به جز تشریح می‌گردد. در ادامه ثابت می‌شود که پروتکل ارتباطی ارائه شده در این مقاله امن است؛ زیرا در برابر حملات موجود در سامانه مورد نظر از قبیل: حمله تحلیل پیام، حمله دستکاری پیام، حمله بازپخش، حمله تزریق پیام جعلی، حمله داخلی و حمله بیرونی مقاوم بوده و نیز بهینه است؛ زیرا موجب بهبود در سربارهای مخابراتی و محاسباتی و حافظه مصرفی نسبت به روش‌های پیشین با توجه به محدودیت‌های موجود در اجزای شبکه می‌گردد. به طوری که بیش از هزاران برابر در مصرف حافظه ذخیره‌سازی، 3/5 برابر در سربار مخابراتی و 2/75 برابر در هزینه محاسباتی روش قبلی را بهبود داده است. همچنین آزمون‌های آماری نشان می‌دهند که داده‌های رمزشده در پروتکل پیشنهادی به مقدار قابل قبولی تصادفی بوده و از یکدیگر مستقل می‌باشند. در انتها نیز به‌منظور هر چه عملی‌تر نمودن روش پیشنهادی در این مقاله و همچنین مقایسه چالش‌ها و منابع مصرفی این روش با روش‌های پیشین به هدف پیاده‌سازی در بستر سخت‌افزار، پیاده‌سازی مولفه‌های رمزنگاری مورد نیاز بر روی تراشه fpga صورت می‌گیرد.

designing a secure and lightweight communication scheme for underwater acoustic sensor networks

recent advances in electronics and wireless communications have enabled the design and manufacture of sensors with low power consumption, small size, reasonable price and various applications. these small sensors, capable of performing functions such as receiving various peripheral information based on the type of sensor, processing and transmitting that information, have given rise to an idea for the creation and deployment of so-called wireless sensor networks. due to the unique limitations and unique features of the underwater channel such as low communication bandwidth, high bitrate error, significant propagation delay, etc., these networks can be easily destroyed by malicious attacks. coordination and transmission of underwater messages between sensors will naturally present security challenges and perspectives. attack on network protocols, especially communication protocols, can be easily accomplished in underwater wireless sensor networks. therefore, the purpose of this paper is to present a secure and efficient protocol for communication in underwater sensor networks based solely on lightweight encoder operators with random number generators and cryptographic hash functions. for this purpose, first, a system consisting of a number of sensor nodes and a central node is modeled as receiving information with the presence of nodes or nodes as attackers and then the various steps of the protocol are described in detail. it is further demonstrated that the communication protocol presented in this paper is secure because it is resistant to the all attacks such as message analysis attack, message manipulation attack, relay attack, spoof message injection, insider attack and physical attack. it is also considered as an efficient protocol because it improves communication and computational overheads and memory consumption over previous methods. statistical tests also show that the encrypted data in the proposed protocol are acceptable randomly and are independent of each other. finally, in order to make the proposed method more practical in this paper, and to compare the challenges and resources of this method with previous methods for the purpose of hardware implementation, the required cryptographic components are implemented on the fpga chip.