[論文レビュー] AES Implementation and Performance Evaluation on 8-bit Microcontrollers

Hyubgun Lee, Kyounghwa Lee+1 more|ArXiv.org|Nov 3, 2009

Security in Wireless Sensor Networks参考文献 2被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、無線センサーネットワークで一般的に使用される8ビットマイコン上でAES暗号化アルゴリズムの性能を評価し、さまざまな平文サイズおよびネットワークスケールにおける実行時間と計算コストを測定している。AESがリソース制限環境において実用的であることを示しており、128ビットブロックあたり10 ms未塔の暗号化時間と、低コストのホップあたりのオーバーヘッドを実現しており、ユビキタスコンピューティングシステムにおける安全で効率的な通信を可能にしている。

ABSTRACT

The sensor network is a network technique for the implementation of Ubiquitous computing environment. It is wireless network environment that consists of the many sensors of lightweight and low power. Though sensor network provides various capabilities, it is unable to ensure the secure authentication between nodes. Eventually it causes the losing reliability of the entire network and many secure problems. Therefore, encryption algorithm for the implementation of reliable sensor network environments is required to the applicable sensor network. In this paper, we proposed the solution of reliable sensor network to analyze the communication efficiency through measuring performance of AES encryption algorithm by plaintext size, and cost of operation per hop according to the network scale.

研究の動機と目的

• ノード認証の欠如による無線センサーネットワークにおけるセキュリティ脆弱性を解消すること。
• センサーノードで使用される8ビットマイコン上でのAESの実装可能性を評価すること。
• さまざまな平文サイズおよびネットワークスケールにおけるAESの性能を測定すること。
• センサーネットワーク環境における通信ホップごとの計算コストを定量すること。
• リソース制限環境における効率的な暗号化ソリューション選定のためのパフォーマンスデータを提供すること。

提案手法

• 最適化されたCコードを用いて8ビットマイコン上にAES-128アルゴリズムを実装すること。
• 128ビット平文ブロックの暗号化および復号化の実行時間を測定すること。
• さまざまなデータサイズおよびネットワークトポロジにおけるパフォーマンス評価を実施すること。
• ネットワークスケールおよびメッセージサイズに基づいてホップごとの計算コストを算出すること。
• 組み込みシステムにおける標準的なベンチマーク手法を用いてリアルタイムパフォーマンスを評価すること。
• IEEEフォーマットを用いた評価を行い、International Journal of Computer Science and Information Securityに掲載すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 8ビットマイコン上でのAESのパフォーマンスは、さまざまな平文サイズに対してどのように変化するか？
• RQ2 AES暗号化を用いたセンサーネットワークにおける通信ホップごとの計算コストはいかほどか？
• RQ3 ネットワークパフォーマンスを低下させることなく、8ビットマイコン上でAESを効率的に実装できるか？
• RQ4 ネットワークスケールがセンサーノードにおける全体の暗号化オーバーヘッドにどのように影響するか？
• RQ5 一般的なセンサーネットワーク環境におけるAES暗号化のエンドツーエンド遅延はどの程度か？

主な発見

• 8ビットマイコン上でのAES-128暗号化は、128ビットブロックあたり10 ms未塔であり、リアルタイムアプリケーションに適している。
• ネットワークサイズが拡大しても、ホップごとの計算コストは低く、スケーラブルなままである。
• さまざまな平文サイズにおいて、パフォーマンスは安定的かつ予測可能であり、最小限のオーバーヘッドで実現されている。
• リソース制限環境において、セキュリティと効率性のバランスを効果的に達成している。
• AESは、安全で認証済み通信を実現するため、センサーネットワークに効果的に展開できる。
• 本研究は、8ビットプラットフォームを用いたユビキタスコンピューティングシステムの保護にAESが実用的であることを確認している。