End-to-end security scheme for mobility enabled healthcare Internet of Things

We propose an end-to-end security scheme for mobility enabled healthcare Internet of Things (IoT). The proposed scheme consists of (i) a secure and efficient end-user authentication and authorization architecture based on the certificate based DTLS handshake, (ii) secure end-to-end communication based on session resumption, and (iii) robust mobility based on interconnected smart gateways. The smart gateways act as an intermediate processing layer (called fog layer) between IoT devices and sensors (device layer) and cloud services (cloud layer). In our scheme, the fog layer facilitates ubiquitous mobility without requiring any reconfiguration at the device layer. The scheme is demonstrated by simulation and a full hardware software prototype. Based on our analysis, our scheme has the most extensive set of security features in comparison to related approaches found in literature. Energy-performance evaluation results show that compared to existing approaches, our scheme reduces the communication overhead by 26% and the communication latency between smart gateways and end users by 16%. In addition, our scheme is approximately 97% faster than certificate based and 10% faster than symmetric key based DTLS. Compared to our scheme, certificate based DTLS consumes about 2.2 times more RAM and 2.9 times more ROM resources. On the other hand, the RAM and ROM requirements of our scheme are almost as low as in symmetric key-based DTLS. Analysis of our implementation revealed that the handover latency caused by mobility is low and the handover process does not incur any processing or communication overhead on the sensors. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved

Clustering Arabic Tweets for Sentiment Analysis

The focus of this study is to evaluate the impact of linguistic preprocessing and similarity functions for clustering Arabic Twitter tweets. The experiments apply an optimized version of the standard K-Means algorithm to assign tweets into positive and negative categories. The results show that root-based stemming has a significant advantage over light stemming in all settings. The Averaged Kullback-Leibler Divergence similarity function clearly outperforms the Cosine, Pearson Correlation, Jaccard Coefficient and Euclidean functions. The combination of the Averaged Kullback-Leibler Divergence and root-based stemming achieved the highest purity of 0.764 while the second-best purity was 0.719. These results are of importance as it is contrary to normal-sized documents where, in many information retrieval applications, light stemming performs better than root-based stemming and the Cosine function is commonly used

Evaluating IP security and mobility on lightweight hardware

This work presents an empirical evaluation of applicability of selected existing IP security and mobility mechanisms to lightweight mobile devices and network components with limited resources and capabilities. In particular, we consider the Host Identity Protocol (HIP), recently specified by the IETF for achieving authentication, secure mobility and multihoming, data protection and prevention of several types of attacks. HIP uses the Diffie-Hellman protocol to establish a shared secret for two hosts, digital signatures to provide integrity of control plane and IPsec ESP encryption to protect user data. These computationally expensive operations might easily stress CPU, memory and battery resources of a lightweight client, as well as negatively affect data throughput and latency.We describe our porting experience with HIP on an embedded Linux PDA, a Symbian-based smartphone and two OpenWrt Wi-Fi access routers, thereby contributing to the protocol deployment. We present a set of measurement results of different HIP operations on these devices and evaluate the impact of public-key cryptography on the processor load, memory usage and battery lifetime, as well as the influence of the IPsec encryption on Round-Trip Time and TCP throughput. In addition, we assess how the lightweight hardware of a mobile handheld or a Wi-Fi access router in turn affects the duration of certain protocol operations including HIP base exchange, HIP mobility update, puzzle solving procedure and generation of an asymmetric key pair. After analyzing the empirical results we make conclusions and recommendations on applicability of unmodified HIP and IPsec to resource-constrained mobile devices. We also survey related work and draw parallels with our own research results

Trusted Computing für adaptive Automobilsteuergeräte im Umfeld der Inter-Fahrzeug-Kommunikation

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Sicherheit (Security) von Automobilelektronik, speziell der Kommunikation zwischen Fahrzeugen für Safety-Anwendungen. Hierzu wird die Absicherung der Kommunikation über digitale Signaturen betrachtet und eine prototypische Implementierung auf rekonfigurierbarer Hardware vorgestellt. Darüber hinaus wird die Absicherung der Kommunikationsplattform selbst über die Anwendung von Trusted Computing für rekonfigurierbare Systeme sichergestellt

Trusted Computing für adaptive Automobilsteuergeräte im Umfeld der Inter-Fahrzeug-Kommunikation

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Sicherheit (Security) von Automobilelektronik, speziell der Kommunikation zwischen Fahrzeugen für Safety-Anwendungen. Hierzu wird die Absicherung der Kommunikation über digitale Signaturen betrachtet und eine prototypische Implementierung auf rekonfigurierbarer Hardware vorgestellt. Darüber hinaus wird die Absicherung der Kommunikationsplattform selbst über die Anwendung von Trusted Computing für rekonfigurierbare Systeme sichergestellt

Adaptation of the human nervous system for self-aware secure mobile and IoT systems

IT systems have been deployed across several domains, such as hospitals and industries, for the management of information and operations. These systems will soon be ubiquitous in every field due to the transition towards the Internet of Things (IoT). The IoT brings devices with sensory functions into IT systems through the process of internetworking. The sensory functions of IoT enable them to generate and process information automatically, either without human contribution or having the least human interaction possible aside from the information and operations management tasks. Security is crucial as it prevents system exploitation. Security has been employed after system implementation, and has rarely been considered as a part of the system. In this dissertation, a novel solution based on a biological approach is presented to embed security as an inalienable part of the system. The proposed solution, in the form of a prototype of the system, is based on the functions of the human nervous system (HNS) in protecting its host from the impacts caused by external or internal changes. The contributions of this work are the derivation of a new system architecture from HNS functionalities and experiments that prove the implementation feasibility and efficiency of the proposed HNS-based architecture through prototype development and evaluation. The first contribution of this work is the adaptation of human nervous system functions to propose a new architecture for IT systems security. The major organs and functions of the HNS are investigated and critical areas are identified for the adaptation process. Several individual system components with similar functions to the HNS are created and grouped to form individual subsystems. The relationship between these components is established in a similar way as in the HNS, resulting in a new system architecture that includes security as a core component. The adapted HNS-based system architecture is employed in two the experiments prove its implementation capability, enhancement of security, and overall system operations. The second contribution is the implementation of the proposed HNS-based security solution in the IoT test-bed. A temperature-monitoring application with an intrusion detection system (IDS) based on the proposed HNS architecture is implemented as part of the test-bed experiment. Contiki OS is used for implementation, and the 6LoWPAN stack is modified during the development process. The application, together with the IDS, has a brain subsystem (BrSS), a spinal cord subsystem (SCSS), and other functions similar to the HNS whose names are changed. The HNS functions are shared between an edge router and resource-constrained devices (RCDs) during implementation. The experiment is evaluated in both test-bed and simulation environments. Zolertia Z1 nodes are used to form a 6LoWPAN network, and an edge router is created by combining Pandaboard and Z1 node for a test-bed setup. Two networks with different numbers of sensor nodes are used as simulation environments in the Cooja simulator. The third contribution of this dissertation is the implementation of the proposed HNS-based architecture in the mobile platform. In this phase, the Android operating system (OS) is selected for experimentation, and the proposed HNS-based architecture is specifically tailored for Android. A context-based dynamically reconfigurable access control system (CoDRA) is developed based on the principles of the refined HNS architecture. CoDRA is implemented through customization of Android OS and evaluated under real-time usage conditions in test-bed environments. During the evaluation, the implemented prototype mimicked the nature of the HNS in securing the application under threat with negligible resource requirements and solved the problems in existing approaches by embedding security within the system. Furthermore, the results of the experiments highlighted the retention of HNS functions after refinement for different IT application areas, especially the IoT, due to its resource-constrained nature, and the implementable capability of our proposed HNS architecture.--- IT-järjestelmiä hyödynnetään tiedon ja toimintojen hallinnassa useilla aloilla, kuten sairaaloissa ja teollisuudessa. Siirtyminen kohti esineiden Internetiä (Internet of Things, IoT) tuo tällaiset laitteet yhä kiinteämmäksi osaksi jokapäiväistä elämää. IT-järjestelmiin liitettyjen IoT-laitteiden sensoritoiminnot mahdollistavat tiedon automaattisen havainnoinnin ja käsittelyn osana suurempaa järjestelmää jopa täysin ilman ihmisen myötävaikutusta, poislukien mahdolliset ylläpito- ja hallintatoimenpiteet. Turvallisuus on ratkaisevan tärkeää IT-järjestelmien luvattoman käytön estämiseksi. Valitettavan usein järjestelmäsuunnittelussa turvallisuus ei ole osana ydinsuunnitteluprosessia, vaan otetaan huomioon vasta käyttöönoton jälkeen. Tässä väitöskirjassa esitellään uudenlainen biologiseen lähestymistapaan perustuva ratkaisu, jolla turvallisuus voidaan sisällyttää erottamattomaksi osaksi järjestelmää. Ehdotettu prototyyppiratkaisu perustuu ihmisen hermoston toimintaan tilanteessa, jossa se suojelee isäntäänsä ulkoisten tai sisäisten muutosten vaikutuksilta. Tämän työn keskeiset tulokset ovat uuden järjestelmäarkkitehtuurin johtaminen ihmisen hermoston toimintaperiaatteesta sekä tällaisen järjestelmän toteutettavuuden ja tehokkuuden arviointi kokeellisen prototyypin kehittämisen ja toiminnan arvioinnin avulla. Tämän väitöskirjan ensimmäinen kontribuutio on ihmisen hermoston toimintoihin perustuva IT-järjestelmäarkkitehtuuri. Tutkimuksessa arvioidaan ihmisen hermoston toimintaa ja tunnistetaan keskeiset toiminnot ja toiminnallisuudet, jotka mall-innetaan osaksi kehitettävää järjestelmää luomalla näitä vastaavat järjestelmäkomponentit. Nä-istä kootaan toiminnallisuudeltaan hermostoa vastaavat osajärjestelmät, joiden keskinäinen toiminta mallintaa ihmisen hermoston toimintaa. Näin luodaan arkkitehtuuri, jonka keskeisenä komponenttina on turvallisuus. Tämän pohjalta toteutetaan kaksi prototyyppijärjestelmää, joiden avulla arvioidaan arkkitehtuurin toteutuskelpoisuutta, turvallisuutta sekä toimintakykyä. Toinen kontribuutio on esitetyn hermostopohjaisen turvallisuusratkaisun toteuttaminen IoT-testialustalla. Kehitettyyn arkkitehtuuriin perustuva ja tunkeutumisen estojärjestelmän (intrusion detection system, IDS) sisältävä lämpötilan seurantasovellus toteutetaan käyttäen Contiki OS -käytöjärjestelmää. 6LoWPAN protokollapinoa muokataan tarpeen mukaan kehitysprosessin aikana. IDS:n lisäksi sovellukseen kuuluu aivo-osajärjestelmä (Brain subsystem, BrSS), selkäydinosajärjestelmä (Spinal cord subsystem, SCSS), sekä muita hermoston kaltaisia toimintoja. Nämä toiminnot jaetaan reunareitittimen ja resurssirajoitteisten laitteiden kesken. Tuloksia arvioidaan sekä simulaatioiden että testialustan tulosten perusteella. Testialustaa varten 6LoWPAN verkon toteutukseen valittiin Zolertia Z1 ja reunareititin on toteutettu Pandaboardin ja Z1:n yhdistelmällä. Cooja-simulaattorissa käytettiin mallinnukseen ymp-äristönä kahta erillistä ja erikokoisuta sensoriverkkoa. Kolmas tämän väitöskirjan kontribuutio on kehitetyn hermostopohjaisen arkkitehtuurin toteuttaminen mobiilialustassa. Toteutuksen alustaksi valitaan Android-käyttöjärjestelmä, ja kehitetty arkkitehtuuri räätälöidään Androidille. Tuloksena on kontekstipohjainen dynaamisesti uudelleen konfiguroitava pääsynvalvontajärjestelmä (context-based dynamically reconfigurable access control system, CoDRA). CoDRA toteutetaan mukauttamalla Androidin käyttöjärjestelmää ja toteutuksen toimivuutta arvioidaan reaaliaikaisissa käyttöolosuhteissa testialustaympäristöissä. Toteutusta arvioitaessa havaittiin, että kehitetty prototyyppi jäljitteli ihmishermoston toimintaa kohdesovelluksen suojaamisessa, suoriutui tehtävästään vähäisillä resurssivaatimuksilla ja onnistui sisällyttämään turvallisuuden järjestelmän ydintoimintoihin. Tulokset osoittivat, että tämän tyyppinen järjestelmä on toteutettavissa sekä sen, että järjestelmän hermostonkaltainen toiminnallisuus säilyy siirryttäessä sovellusalueelta toiselle, erityisesti resursseiltaan rajoittuneissa IoT-järjestelmissä