Дослідження впливу захисту інформації на обсяги пакетів даних протоколів інтернету речей

О.В. Іванчук; В.М. Козел

doi:10.36910/6775-2524-0560-2024-57-06

О.В. Іванчук https://orcid.org/0000-0002-2058-4707
В.М. Козел https://orcid.org/0000-0002-2627-2499

DOI: https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2024-57-06

Ключові слова: інтернет речей, протоколи, шифрування, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, WirelessHART, 6LoWPAN, NB-IoT, AES

Анотація

У статті розглянуто проблему збільшення обсягів трафіку внаслідок використання шифрування. Для аналізу було обрано пакети даних стандартів Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN, а також протоколи ZigBee, WirelessHART і NB-IoT. Було визначено, які частини пакету шифруються і які алгоритми використовуються для цього. Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, 6LoWPAN і WirelessHART застосовують алгоритм AES із 128-бітним ключем, тоді як NB-IoT використовує 128-EEA2 із таким же розміром ключа. Обидва алгоритми (AES та 128-EEA2) вимагають, щоб обсяг даних був кратним розміру ключа, тому до корисних даних додається бітова послідовність для досягнення потрібного розміру. Це збільшує загальний обсяг пакету, що передається. Було проведено дослідження цього впливу, та побудовано графіки, що показують залежність обсягу доповнення від кількості корисних даних. Графіки мають пилкоподібну форму через те, що за певних обсягів корисних даних доповнення досягає максимального значення. Також були обчислені середні обсяги доповнень для кожного стандарту: Wi-Fi - 2.13%, Bluetooth - 10.64%, ZigBee - 24.81%, 6LoWPAN - 23.22%, WirelessHART - 23.08%, NB-IoT - 25.96%. Окремо досліджували середні значення доповнень для пакетів до 64 байт: Wi-Fi - 9.95%, Bluetooth - 16.31%, ZigBee - 8.00%, 6LoWPAN - 11.55%, WirelessHART - 10.12%, NB-IoT - 20.21%. За відсутності обмежень на розмір корисних даних найкращий результат показав стандарт Wi-Fi, а найгірший — NB-IoT. У випадках з обмеженим розміром корисних даних найкращі результати були у ZigBee, а найгірші - у NB-IoT

Посилання

1. Kozel V., Ivanchuk O., Drozdova I., Prykhodko O. Automation of the Protocol Selection Process for IoT Systems. International Journal of Computing. 2022. № 21(2). P. 251-257. DOI: 10.47839/ijc.21.2.2594
2. Vasileios A. Memos, Kostas E. Psannis. Encryption algorithm for efficient transmission of HEVC media. Journal of Real-Time Image Processing. 2016. № 12. P. 473-482. DOI: 10.1007/s11554-015-0509-3
3. Victor Kathan Sarker, Tuan Nguyen Gia, Hannu Tenhunen, Tomi Westerlund, Lightweight Security Algorithms for Resource-constrained IoT-based Sensor Nodes. IEEE International Conference on Communications (ICC). Dublin, 2020. DOI: 10.1109/ICC40277.2020.9149359
4. E Gregersen. Wi-Fi. Encyclopaedia Britannica. 2023. URL: https://www.britannica.com/technology/Wi-Fi (дата звернення 14.10.2024).
5. R Laufer, L Kleinrock. The Capacity of Wireless CSMA/CA Networks. IEEE/ACM Transactions on Networking. 2016. № 24. P. 1518-1532. DOI: 10.1109/TNET.2015.2415465