Enhanced authentication in wireless personal area networks
Kablosuz kişisel alan ağlarında gelişmiş kimlik doğrulama
- Tez No: 1016878
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKHAN DALKILIÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Nesnelerin interneti, Internet of things
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nesnelerin İnterneti (IoT) sağlık hizmetleri, akıllı şehirler, tarım ve endüstriyel üretim gibi alanlarda birçok çeşitli cihazı entegre ederek ve akıllı otomasyonu sağlayarak günlük yaşamımızı değiştirdi. IoT'deki hızlı entegrasyon, cihaz güvenliği, kimlik doğrulama ve veri bütünlüğü konularında birçok sorun açığa çıkarmıştır. Bu sorunlar, çoğunlukla IoT cihazlarının sınırlı hesaplama yetenekleri ve yetersiz kimlik doğrulama şemalarının kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Pil gücüyle çalışan, kaynak kısıtlı IoT cihazları, geleneksel karmaşık hesaplamalar gerektiren kriptografik yaklaşımları kullanamaz. Bu sorunu aşmak için karmaşık hesaplama işlemleri güçlü bir ağ geçidi sunucusu üzerinden çözülmeye çalışılır. Sınırlamalar nedeniyle, bir ağ geçidi cihazı kullanmak mümkün olmayabilir. Ayrıca, ağ geçidi sunucusunun denetimsiz bırakılması güvenlik risklerini artırabilir. Bu tez, kimlik doğrulama süreci sırasında bir ağ geçidi sunucusuna bağımlı olmayan, IoT cihazları için hafif bir karşılıklı kimlik doğrulama şeması önermektedir. Şema, güvenli anahtar değişimi için Eliptik Eğri Diffie-Hellman (ECDH) ve iletilen mesajların bütünlüğünü doğrulamak için HMAC kullanır. Şema, her cihazın başlangıçtaki el sıkışmasından önce, güvenilir bir ağ geçidi tarafından dağıtılan güvenilir cihazların hashlenmiş kimliklerini içeren yerel bir deftere sahip olduğu dağıtılmış bir dağıtık defter teknolojisi kullanır. İlk mesajlar, cihazlar ECDH kullanarak karşılıklı bir gizli anahtar oluşturana kadar Önceden Paylaşılan Anahtar (PSK) ile şifrelenir; PSK kimlik doğrulama oturumundan önce güvenilir bir ağ geçidi tarafından cihazlara dağıtılır. Protokol, pil ömrü ve iletişim hızını dengelemek için BLE ve Wi-Fi kanalları arasında geçiş yaparak kimlik doğrulamanın güvenilirliğini, mesajların güvenliğini ve performansını artırır. Merkle ağaçları, cihazların veri bütünlüğünü Bloom filtreleri ile verimli bir şekilde doğrulayabileceği, değiştirilmesi imkânsız defterleri sağlar. Şemanın, BAN mantık temsili ve Scyther resmi doğrulama aracı kullanılarak karşılıklı kimlik doğrulama sağladığı ve ileri ve geri gizlilikle güvenli bir oturum anahtarı oluşturduğu kanıtlanmıştır. Şemamız, ESP32-WROOM-32 mikrodenetleyicisinde test edilmiştir. Önerdiğimiz şemanın, kimlik doğrulama süreçleri sırasında bir ağ geçidi cihazı gerektirmeden çeşitli IoT uygulamaları için güvenli, ölçeklenebilir ve hafif bir kimlik doğrulama şeması olduğunu gösteriyoruz. Ortadaki Adam (MitM), tekrar oynatma, DoS, yan kanal saldırıları, anahtar saklama, fiziksel müdahale, dinleme ve taklit gibi saldırılara karşı şemamızın korunduğunu gösteriyoruz. Gerçek dünya testlerinde, şema beklendiği gibi güvenilir bir şekilde performans göstererek güvenilirliğini ve sağlamlığını doğrulamıştır. Sonuçlar, önerdiğimiz şemanın kısıtlı kaynağı olan IoT cihazları için güvenli, hafif bir kimlik doğrulama çözümü sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The Internet of Things (IoT) has changed our daily lives by integrating numerous devices into and delivering smart automation in fields like healthcare, smart cities, agriculture, and industrial manufacturing. Nonetheless, the rapid growth in the IoT has been met with many challenges regarding device security, authentication, and the integrity of data. These issues are mostly due to the limited computing capabilities of IoT devices and the use of inadequate authentication schemes. Battery-powered, resource-constrained IoT devices cannot use conventional cryptographic approaches that have complex computations. To overcome this issue, these cryptographic calculations are offloaded to a powerful gateway server. Due to limitations, using a gateway device may not be possible. Additionally, placing the gateway server unattended can increase security risks. This thesis proposes a lightweight mutual authentication scheme for IoT devices that is not reliant on a gateway server during the authentication process. The scheme uses Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) for secure key exchange and HMAC to verify the integrity of transmitted messages. The scheme uses a distributed trust ledger model, where each device has a local ledger that contains trusted devices' hashed IDs, distributed by a trusted gateway before the initial handshake. Initial messages are encrypted with Pre-Shared Key (PSK) until devices establish a mutual secret key using ECDH; the PSK is also distributed by a trusted gateway before the auth session. The protocol switches between BLE and Wi-Fi channels to balance battery life and communication speed while also increasing authentication's trust, security, and performance. Merkle trees facilitate tamper-proof ledgers that devices can verify data integrity efficiently combined with Bloom filter lookups. The scheme is formally verified using the BAN logic representation and the Scyther formal verification tool, proving mutual authentication and establishing a secure session key with forward and backward secrecy. The scheme is tested on the ESP32-WROOM-32 microcontroller. We demonstrate that our proposed scheme is a secure, scalable, and lightweight authentication scheme for various IoT applications without requiring a gateway device during authentication processes. While mitigating attacks such as Man-in-the-Middle (MitM), replay, DoS, side-channel attacks, key escrow, physical tampering, eavesdropping, and impersonation. In real-world test runs, the scheme reliably performed as expected, validating its reliability and robustness. The results show that our proposed scheme offers a secure, lightweight authentication solution for resource-constrained IoT devices.
Benzer Tezler
- Active defense strategy against jamming attack in wireless sensor networks
Kablosuz sensör ağlarında karıştırma saldırılarına karşı aktif savunma stratejisi
NAWFAL FATHI ABDULQADER AL-SHAIKH
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolÇankaya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. REZA ZARE HASSANPOUR
- Novel over-the-air methods and practical approaches for reconfigurable intelligent surfaces system designs and analyses
Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey sistemleri için yenilikçi hava üzeri yöntemler ve pratik yaklaşımların tasarımı ve analizi
EMRE ARSLAN
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- An efficient and secure routing protocol for mobile Ad-hoc networks
Özel amaçlı hareketli ağlar için etkin ve güvenli bir dağıtım protokolü
KARRAR RASHID YASIR SARRAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolErciyes ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZKAN UFUK NALBANTOĞLU
- Internet of things (IoT) for effective post-disaster management
Kablosuz sensör ağ bazlı akıllı şebeke uygulamaları için hizmet katlitesi duyarlı sistem
CEM AYYILDIZ
Doktora
İngilizce
2019
İletişim BilimleriBahçeşehir ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAŞKIN KOÇAK
PROF. DR. VEHBİ ÇAĞRI GÜNGÖR
- Adaptive physical layer security with machine learning: From detection to defense
Makine öğrenmesi ile adaptif fiziksel katman güvenliği: Tespitten savunmaya
UFUK ALTUN
Doktora
İngilizce
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTUĞRUL BAŞAR