Моделювання взаємовпливу інформаційної безпеки та обчислювальних витрат у вбудованих пристроях

І.О. Розломій; С.В. Науменко

doi:10.36910/6775-2524-0560-2024-57-16

І.О. Розломій https://orcid.org/0000-0001-5065-9004
С.В. Науменко https://orcid.org/0000-0002-6337-1605

DOI: https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2024-57-16

Ключові слова: вбудовані пристрої, інформаційна безпека, обчислювальні витрати, енергоспоживання, час обробки, полегшені криптографічні алгоритми, моделювання, ресурсоємність

Анотація

У статті запропоновано математичну модель, яка описує взаємовплив інформаційної безпеки та обчислювальних витрат у вбудованих пристроях. Вбудовані системи, такі як IoT-пристрої, медичні прилади та промислові контролери, працюють в умовах обмежених обчислювальних ресурсів, що створює значні виклики для забезпечення належного рівня інформаційної безпеки без перевантаження системи. Запропонована модель враховує ключові параметри, включаючи енергоспоживання, час обробки, обсяг пам’яті та рівень криптографічного захисту, що дозволяє дослідити баланс між безпекою та ресурсоємністю. Проведено аналіз ефективності полегшених – PRESENT, SPECK, SIMON та стандартних криптографічних алгоритмів – Blowfish, AES. Результати симуляцій, виконаних у середовищах MATLAB та Python із використанням бібліотек для тестування криптографії, демонструють, що полегшені алгоритми забезпечують значно нижчі показники енергоспоживання та часу обробки. Це робить їх оптимальним вибором для пристроїв з обмеженими ресурсами. Зокрема, алгоритми SPECK і PRESENT показали найкращі результати щодо енергоспоживання та швидкодії, тоді як AES, хоча і забезпечує високий рівень безпеки, є більш ресурсоємним. Практична значимість розробленої моделі полягає у її застосуванні для вибору оптимальних криптографічних рішень під час проектування енергоефективних вбудованих систем. Модель може бути інтегрована в процеси проектування для оптимізації безпеки та продуктивності пристроїв, що особливо важливо для IoT-архітектур, де критичним є збереження енергії та забезпечення безпеки даних

Посилання

1. Rozlomii, I., Yarmilko, A., & Naumenko, S. (2024, April). Data security of IoT devices with limited resources: challenges and potential solutions. In Proceedings of the 4th Edge Computing Workshop (doors 2024), Zhytomyr, Ukraine (pp. 85–96).
2. Aloseel, A., He, H., Shaw, C., & Khan, M. A. (2020). Analytical review of cybersecurity for embedded systems. IEEE Access, 9, 961-982.
3. Rozlomii I., Yarmilko A., Naumenko S., Mykhailovsky P. Modern encryption methods in IoT: hardware solutions and cryptographic libraries for data protection. Розвитки інформаційно-керуючих систем та технологій: монографія / Н.М. Аксак, Д. Антонов та ін.; під наук. ред. проф. В. Вичужаніна. Львів-Торунь: Ліха-Прес, 2024. С. 28–45. https://doi.org/10.36059/978-966-397-422-4.
4. Розломій І.О., Симонюк В.П., Науменко С.В., Михайловський П.В. (2024). Модель безпеки взаємопов’язаних обчислювальних пристроїв на основі полегшеної схеми шифрування для IoT. Комп’ютерно-інтегровані технології: освіта, наука, виробництво., (55), 191–198.
5. Yarmilko, A., Rozlomii, I., & Naumenko, S. (2024, May). Dependability of Embedded Systems in the Industrial Internet of Things: Information Security and Reliability of the Communication Cluster. In International Scientific-Practical Conference «Information Technology for Education, Science and Technics» (pp. 235–249). Cham: Springer Nature Switzerland.