Cải Thiện An Ninh IoT Bằng Chức Năng Vật Lý Không Thể Nhân Bản

• Tác giả: Pham Hoang Long
• Người hướng dẫn: Dr. Bui Duy Hieu
• Trường học: Vietnam National University, Hanoi University of Engineering and Technology
• Chuyên ngành: Electronics and Communications Engineering Technology
• Đề tài: Cải Thiện An Ninh IoT Bằng Chức Năng Vật Lý Không Thể Nhân Bản
• Loại tài liệu: bachelor’s final thesis
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Ha Noi

• ACKNOWLEDGEMENT
• AUTHORSHIP
• CONTENTS
• 1. OVERVIEW OF IOT AND ITS SECURITY PROBLEMS
• 1.1. Security Threats and Attacks in the IoT System
• 1.2. Physical Unclonable Function (PUF)
• 1.2.1. Device identification and secure authentication
• 1.3. Related works
• 2. PROPOSED HARDWARE ARCHITECTURE
• 2.1. Proposed hardware architecture
• 2.2. PUF IP architecture
• 3. HARDWARE IMPLEMENTATION RESULTS AND APUF EVALUATIONS
• 3.1. Hardware implementation on FPGA
• 3.2. FPGA design and implementation flow
• 3.3. APUF Test and Evaluation on Arty A7 100T development kit
• 3.4. Embedded software running on RISC-V core for APUF evaluation
• 3.5. Response captured from APUF
• 3.6. Evaluating the responses and the enrollment process
• 4. CONCLUSIONS AND FUTURE WORKS
• List of Figures
• List of Tables
• List of Acronyms/Abbreviation
• ABSTRACT
• INTRODUCTION

I. Tổng Quan Về An Ninh IoT Và Thách Thức Hiện Tại

An ninh IoT đang trở thành một vấn đề cấp bách trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của các thiết bị kết nối. Các thiết bị IoT thường được đặt ở những vị trí nhạy cảm và dễ bị tấn công, dẫn đến việc thông tin cá nhân có thể bị rò rỉ. Hệ thống IoT thường sử dụng các phương pháp mã hóa nhẹ để tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, nhưng điều này cũng làm tăng nguy cơ bị tấn công. Do đó, việc cải thiện an ninh cho các thiết bị IoT là rất cần thiết.

1.1. Các Vấn Đề An Ninh Trong Hệ Thống IoT

Hệ thống IoT đối mặt với nhiều mối đe dọa an ninh, bao gồm tấn công từ xa và tấn công vật lý. Các thiết bị thường có khả năng xử lý và bộ nhớ hạn chế, khiến chúng dễ bị tổn thương trước các cuộc tấn công. Việc sử dụng mã hóa đối xứng với khóa lưu trữ trong bộ nhớ thiết bị làm tăng nguy cơ bị tấn công.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Chức Năng Vật Lý

Chức năng vật lý không thể nhân bản (PUF) cung cấp một giải pháp an ninh hiệu quả cho các thiết bị IoT. PUF tạo ra một 'dấu vân tay' vật lý duy nhất cho mỗi thiết bị, giúp tăng cường khả năng xác thực và bảo mật thông tin.

II. Thách Thức An Ninh Đối Với Thiết Bị IoT

Thiết bị IoT thường được triển khai trong các môi trường không được bảo vệ, làm cho chúng trở thành mục tiêu dễ dàng cho các cuộc tấn công. Các cuộc tấn công vật lý có thể dẫn đến việc đánh cắp thông tin nhạy cảm và làm giả thiết bị. Do đó, việc phát triển các phương pháp bảo mật hiệu quả là rất quan trọng.

2.1. Các Cuộc Tấn Công Vật Lý Đối Với Thiết Bị IoT

Các cuộc tấn công vật lý có thể bao gồm việc đánh cắp thiết bị và thực hiện kỹ thuật đảo ngược để lấy thông tin bảo mật. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp bảo vệ vật lý cho các thiết bị IoT.

2.2. Hạn Chế Của Các Phương Pháp Bảo Mật Hiện Tại

Nhiều phương pháp bảo mật hiện tại không đủ mạnh để bảo vệ các thiết bị IoT do hạn chế về tài nguyên. Việc sử dụng PUF có thể giúp khắc phục những hạn chế này bằng cách cung cấp một phương pháp xác thực an toàn hơn.

III. Phương Pháp Cải Thiện An Ninh IoT Bằng PUF

Việc tích hợp PUF vào thiết bị IoT có thể cải thiện đáng kể an ninh cho các hệ thống này. PUF không chỉ giúp xác thực thiết bị mà còn tạo ra các khóa bảo mật độc nhất cho từng thiết bị, giảm thiểu nguy cơ bị tấn công. Phương pháp này đã được thử nghiệm và chứng minh hiệu quả trong nhiều nghiên cứu.

3.1. Cách Thức Hoạt Động Của PUF

PUF hoạt động dựa trên sự biến đổi ngẫu nhiên trong quá trình sản xuất, tạo ra các phản hồi duy nhất cho mỗi thiết bị. Điều này giúp tăng cường khả năng bảo mật và giảm thiểu khả năng bị sao chép.

3.2. Tích Hợp PUF Vào Hệ Thống IoT

Việc tích hợp PUF vào các thiết bị IoT có thể được thực hiện thông qua các kiến trúc phần cứng phù hợp. Điều này không chỉ giúp cải thiện an ninh mà còn tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về PUF Trong An Ninh IoT

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng PUF trong các thiết bị IoT đã mang lại những kết quả tích cực trong việc cải thiện an ninh. Các thử nghiệm cho thấy PUF có thể tạo ra các khóa bảo mật độc nhất và tăng cường khả năng xác thực giữa các thiết bị. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc bảo vệ thông tin trong các hệ thống IoT.

4.1. Đánh Giá Hiệu Quả Của PUF

Các tiêu chí đánh giá PUF bao gồm tính duy nhất, độ tin cậy và mức tiêu thụ năng lượng. Kết quả cho thấy PUF đáp ứng tốt các yêu cầu này, làm cho nó trở thành một giải pháp khả thi cho an ninh IoT.

4.2. Ứng Dụng PUF Trong Các Thiết Bị IoT

PUF đã được áp dụng thành công trong nhiều thiết bị IoT, từ cảm biến đến các hệ thống điều khiển. Việc này không chỉ cải thiện an ninh mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của An Ninh IoT

An ninh IoT là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng và cần được chú trọng hơn nữa. Việc sử dụng PUF có thể là một bước tiến quan trọng trong việc bảo vệ các thiết bị IoT khỏi các mối đe dọa an ninh. Tương lai của an ninh IoT sẽ phụ thuộc vào việc phát triển và áp dụng các công nghệ mới như PUF.

5.1. Tương Lai Của PUF Trong An Ninh IoT

PUF có tiềm năng lớn trong việc cải thiện an ninh cho các thiết bị IoT trong tương lai. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả của PUF.

5.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc cải thiện khả năng tích hợp PUF vào các thiết bị IoT và phát triển các giao thức bảo mật mới dựa trên PUF.