[雙語翻譯]--外文翻譯--lithe物聯(lián)網中的輕量級安全coap協(xié)議（譯文）

1、1中文 中文 10500 漢字 漢字,7300 單詞， 單詞，3.8 萬英文字符 萬英文字符出處： 出處：Raza S, Shafagh H, Hewage K, et al. Lithe: Lightweight Secure CoAP for the Internet of Things[J]. IEEE Sensors Journal, 2013, 13(10):3711-3720.Lithe:物聯(lián)網中的輕量級安全 CoAP 協(xié)

2、議摘要：物聯(lián)網支持廣泛的包含潛在驅動和傳感任務的應用場景，例如，在電子健康領域。為了在應用層通信，資源受限的設備要能夠使用資源受限的應用協(xié)議（CoAP） ，目前互聯(lián)網工程組正在使這項協(xié)議標準化。為了保護感知信 息的傳送，安全的資源受限協(xié)議授權使用數據報傳輸層安全協(xié)議（DTLS）作為底層安全協(xié)議來進行身份認證和保密通信。然而，數據包傳輸層安全協(xié)議最初 是用在比較強大的設備上的，這些設備通過可靠的高帶寬的鏈路來進行通信。在這篇論文中我們提出

3、了 Lithe——物聯(lián)網中數據報傳輸層安全協(xié)議和資源受限的應用協(xié)議的集成協(xié)議。通過 Lithe，另外我們利用低功率無線個人區(qū)域網絡 IPV6 協(xié)議（6 LoWPAN） ，提出了一個新穎的 DTLS 頭壓縮計劃，旨在顯著降低能源消耗。最重要的是我們提出的 DTLS 頭壓縮方案不威協(xié) DTLS 提供的端到端的安全屬性。同時，它在保持 DTLS 標準性的情況下，大大降低了傳播的數量字節(jié)。我們在 Contiki 操作系統(tǒng)下基于 DTLS 來評

4、估了我們的方法。評估結果表明該方案在包的大小，能量消耗，處理時間方面有了顯著改善，而且能夠 在壓縮 DTLS 時得到全網響應。索引詞：CoAP，DTLS，CoAPs，6LoWPAN， security， IoT一、簡介低功率無線個人區(qū)域網絡 IPV6 協(xié)議（6 LowPAN）允許使用低功耗的 IP 網絡和有損耗的無線傳感器網絡，例如無線傳感網（WSNs） 。這樣的 IP 連接的智能設備正成為互聯(lián)網的一部分，因此形成了物聯(lián)網或者嚴格來說形

5、成了 IP 連接的物聯(lián)網。然而由于 TCP 的擁塞控制算法，使得它在無線網絡中的性能很差，低功率無線電和傳感網絡中的損耗進一步惡化了它的性能。因此物聯(lián)網中主要 使用無連接的 UDP。此外。HTTP 主要是在 TCP 基礎上運行，它在損耗和受限 環(huán)境下效率低下。IETF 工作在無連接的輕量級的 CoAP 上，CoAP 是物聯(lián)網中新提出的協(xié)議。它是為了滿足特定需求，如在資源受限下支持簡單，低開銷， 多播傳輸。當物體連接到不可信的網絡時，安全

6、就尤其重要了。例如，醫(yī)療監(jiān)測代表一個典型的對安全敏感的應用場景。這里，一種智能裝置，例如，如胰 島素，可能被附加到病人的身體并向后端服務互聯(lián)網定期報告病人的情況。在 緊急情況下，醫(yī)生還可以向病人的身體即時注射治療藥物。為了實現自動鍵管理、數據加密、完整性保護和身份驗證，CoAP 提出使用數據報傳輸層安全(DTLS)作為安全協(xié)議。DPLS 支持的 CoAP 被稱為安全 CoAP（CoAPs） 。DTLS 是一個健壯的協(xié)議，它需要大量的信息

7、交流來建立一個 安全的會話。雖然 DTLS 支持多種對等認證的加密原語和負載保護，但它最初用于長度不是一個關鍵因素的網絡場景。因此，它限制物聯(lián)網設備，使用 DTLS 協(xié)議就會很低效。為應對資源約束和基于網絡的 IEEE 802.15.4 的大小限制，定義了 6 LoWPAN 頭壓縮機制。6 LoWPAN 標準已經定義了 IP 報頭的標 題壓縮格式，IP 擴展報頭和 UDP 報頭。我們相信把 6 LoWPAN 報頭壓縮機制 應用于壓縮其他

8、有明確的頭字段的協(xié)議非常有益。在這篇文章中我們通過用 6 LoWPAN 報頭壓縮機制來壓縮底層 DTLS 協(xié)議3決方案，其中包括 IPsec 隧道模式。他們在微型操作系統(tǒng)上實施和評估了他們 的建議。IPsec 安全服務在特定的機器上運行的所有應用程序之間共享。盡管我們用 6LowPAN 壓縮的 IPsec 可以用來在網絡層提供輕量級的 E2E 安全，但它 最初不是為像 HTTP 和 CoAP 這樣的網絡協(xié)議設計的。TLS 或 DTLS

9、web 協(xié)議是常見的安全解決方案。TLS 運行在 TCP 上，而在 UDP 基礎上 6LowPAN 網 絡優(yōu)先。Brachmann 提出了 TLS-DTLS 映射來保障物聯(lián)網安全。然而，這需要有可靠的 6BR 和在 6BR 間歇時的端到端安全。 Kothmayr 調查了在可信平臺模塊上用 DTLS 來獲得對 RSA 算法的硬件支持。然而，他們利用了 DTLS，而沒有 用任何壓縮方法，這會造成 DTLS 消息中的冗余位縮短整個網絡的生命

10、周期。 Granjal 評估了帶有 CoAP 的 DTLS 在安全通信中的性能。他們注意到稀缺性負 載空間在需要更大的有效載荷的應用程序中會有問題。作為一種替代方法，他們建議在其他層使用像 IPsec 這樣的壓縮形式來保證安全。在最近的研究中， Keoh 討論了保護以 IP 連接并使用 DTLS 協(xié)議的物聯(lián)網的安全的意義，并提出了一個安全的網絡架構，用延長的 DTLS 對單播和多播密鑰進行訪問和管理。上述解決方案要么對物聯(lián)網中的 TL

11、S 或 DTLS 的使用進行了評估，要么對破壞端到端安全的當前架構進行評估。本文通過使用 6LowPAN 頭壓縮機制來減少物聯(lián)網中 DTLS 的開銷。我們提出了設計思想以減少雙向的基于證書的 DTLS 握手的能源消費。我們提出的建議如下：1、預先驗證可靠的 6BR 中的證書。2、全面恢復會話以避免重新握手。3、資源有限的設備的所有者來承擔握手任務。在物聯(lián)網中驗證基于證書的可行性的工作與這一工作是互補的。為使基于證書的相互握手更高效，我們

12、計劃把 DTLS 報頭壓縮與這些想法集合起來。最近，類似于 NHC 的 通用頭壓縮（GHC）也被定義成可以允許上層頭壓縮。6LowPANGHC 對于所有的頭和類似于頭的結構是一個通用的壓縮方案，但是一個低效的方法。它是我們的解決方案的替代方法，在將來的工作中，我們計劃把我們的 6LowPAN- NHC 與 6LowPAN-GHC 做一個比較。三、背景由于物聯(lián)網的異質性，將有資源限制的設備安全而有效的連接起來是一項很有挑戰(zhàn)性的工作。目前，

13、互聯(lián)網工程任務組正在標準化不同的協(xié)議，如 CoAP，6LowPAN，低電力有損網絡中的 IPv6 路由協(xié)議，以使這些協(xié)議可以應 用在物聯(lián)網中。本文的重點是讓用 CoAP 協(xié)議的物聯(lián)網設備之間進行安全有效的溝通。在本章中我們突出了在輕量級 CoAP 發(fā)展中使用的技術，即物聯(lián)網的 HTTP 變體。A、CoAP 和 DTLS CoAP 是運行在不可靠 UDP 協(xié)議上的網絡協(xié)議，它最初是為物聯(lián)網設計的。CoAP 是最常用的同步 Web 協(xié)議的變

14、種，如 HTTP，是專為受限制的設備 和機器與機器之間的溝通設計的。然而，盡管 CoAP 提供了與 HTTP 類似的 REST 接口，但與現在物聯(lián)網中它的變體相比，CoAP 更注重輕量級和成本效益。為了保護 CoAP 傳輸，建議 數據報 TLS(DTLS)作為主要的安全協(xié)議，類似于 TLS 保護 HTTP(HTTPs)，安 全的 DTLS CoAP 協(xié)議稱為 CoAPs。然后就可以通過如下的 CoAPs 協(xié)議安全地訪問物聯(lián)網設備中的 w