Simulationsbasierte Evaluation des Einsatzes von Verschlüsselungsverfahren im Bereich der Niedrigenergie-Funkkommunikation

Am Institut für Mikroelektronische Systeme – Fachgebiet Architekturen und Systeme – werden batteriebetriebene Knoten für Wireless Sensor Networks (WSNs) unter Low–Power-Bedingungen für den Bereich „Home Automation“ entwickelt.

In den letzten Jahren hat der Anteil eingebetteter drahtlos kommunizierender Geräte stark zugenommen. Durch Standards wie IEEE 802.15.4 bzw. ZigBee wurden 2003 erstmals einheitliche Richtlinien zur Kommunikation geschaffen. Ein grundlegendes Problem bei der Drahtloskommunikation bleibt das geteilte Medium. Dem Vorteil der bequemen Installation und flexiblen Nachrüstbarkeit steht bei drahtlosen Netzwerken stets der Nachteil des geteilten und allgemein zugänglichen Kanals entgegen. Um die übertragenen Daten vor unberechtigtem Lesen oder Manipulation zu schützen, müssen sie mit einem geeigneten Verfahren verschlüsselt werden.

Da die für den Betrieb der Funkknoten zur Verfügung stehende Menge Energie häufig begrenzt (Batterie) und ein Wechsel der Energiequelle zumeist wirtschaftlich unrentabel ist, müssen Kommunikation und Datenverarbeitung besonders energiesparsam ablaufen. Außerdem sind Zuverlässigkeit und Latenz bei der Übertragung besonders unter Sicherheitsaspekten von hoher Bedeutung. Ein Verschlüsselungsverfahren ist aus diesen Gründen erst dann geeignet, wenn es sich
energiesparsam mit geringer Laufzeit und geringem Speicherplatzbedarf auf den in Funkknoten üblicherweise zum Einsatz kommenden Mikrocontrollern umsetzen lässt. Beispiele für solche leichtgewichtigen Verfahren sind das weitverbreite AES und DES/3DES, aber auch das neuartige Hummingbird HB-2, die auf den verschiedenen Plattformen (8-Bit AVR, 16-Bit MSP430 oder 32-Bit RISC) unterschiedlich gute Leistung zeigen.

Ein Teil der Aufgabe besteht darin, Verschlüsselungsverfahren hinsichtlich ihrer Eignung zum Einsatz im Umfeld von drahtlosen Sensornetzwerken zu untersuchen. Im Anschluss sollen ausgewählte Verfahren auf den am Institut verfügbaren Plattformen implementiert und hinsichtlich Durchsatzrate, Speicherplatz- und Energiebedarf bewertet werden. Die so gewonnen Informationen sollen als Parameter für ein zu implementierendes Verschlüsselungsmodul genutzt werden, welches mit dem Netzwerksimulationswerkzeug OMNeT++ nutzbar ist. Abschließend sollen die Auswirkungen des Einsatzes verschiedener Verschlüsselungsverfahren auf Netzwerkparameter wie Lebensdauer, Latenz und Durchsatz für verschiedene Szenarien analysiert werden.