T E L KO M N I KA  T e lec om m u n icat ion ,   Com p u t i n g,   E lec t r on ics   an d   Cont r ol   Vol.   18 ,   No.   1 F e br ua r y   2020 ,   pp.   228 ~ 23 3   I S S N:  1693 - 6930,   a c c r e dit e F ir s G r a de   by  Ke me nr is tekdikti ,   De c r e e   No:   21/E /KP T /2018   DO I 10. 12928/ T E L KO M NI KA . v18i1. 14798     228       Jou r n al  h omepage ht tp: // jour nal. uad . ac . id/ index . php/T E L K OM N I K A   S al sa20 b ase d   l ig h t w e ig h t   s e c u r ity  s c h e m e     f or   s m a r t   m e t e r   c om m u n i c at i on  i n   s m a r t   g r i d       S .   M .   S ali m   Re z a 1 ,   M d   M u r s h e d u Ar i f e e n 2 ,   S ie h   Ki on g   T ion g 3 ,   M d   Akh t e r u z z am an 4   Now s h ad   Am in 5 ,   M oh am m ad   S h ak e r i 6 ,   Af id a   A yob 7 ,   Ain i   Hu s s ain 8   1 ,4 Facu l t y   o E n g i n eer i n g   an d   B u i l t   E n v i ro n men t ,   T h N at i o n a l   U n i v er s i t y   o Mal ay s i a,   Mal a y s i a   1, 3, 5, 6 In s t i t u t o S u s t ai n ab l E n er g y ,   U n i v e rs i t i   T e n a g N as i o n al ,   Mal a y s i a   1, 2 D e p art me n t   o I n fo rma t i o n   an d   Co mm u n i cat i o n   T ec h n o l o g y Ban g l a d es h   U n i v er s i t y   o Pro fes s i o n a l s ,   Ban g l a d es h   7, 8 D e p art me n t   o E l ec t ri ca l ,   E l ec t ro n i Sy s t em s   E n g i n eeri n g ,   T h N a t i o n a l   U n i v ers i t y   o Mal a y s i a,   Mal ay s i a       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT     A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived   Aug   30 ,   2019   R e vis e Nov   30 ,   20 19   Ac c e pted  De c   25 20 19       T h t ra d i t i o n a l   p o w er  g i rd   i s   al t eri n g   d ramat i cal l y   t o   s mart   p o w er  g r i d   w i t h   t h es ca l at i n g   d ev e l o p men t   o i n fo rmat i o n   an d   co mm u n i cat i o n   t ech n o l o g y   (ICT ).   A mo n g   t h o u s an d s   o el ec t ro n i d e v i ce s   co n n ect e d   t o   t h g r i d   t h ro u g h   co mmu n i ca t i o n   n e t w o rk ,   s mart   met er  (SM)  i s   t h co r n et w o rk i n g   d ev i ce.   T h co n s o l i d a t i o n   o ICT   t o   t h el ect r o n i d ev i ces   c en t ere d   o n   SM  o p e n   l o o p h o l fo t h a d v er s ari e s   t o   l au n ch   c y b er - a t t ac k .   T h e refo re,   fo p ro t ect i n g   t h n e t w o rk   fro t h ad v er s ar i es   i t   i s   req u i red   t o   d e s i g n   l i g h t w e i g h t   s ec u ri t y   mech an i s fo SM,   as   co n v en t i o n a l   cry p t o g rap h y   s c h e mes   p o s e s   ex t e n s i v e   co mp u t a t i o n a l   co s t ,   p ro ces s i n g   d e l ay   an d   o v er h ead   w h i ch   i s   n o t   s u i t ab l t o   b u s e d   i n   SM.   In   t h i s   p a p er,   w h av p ro p o s ed   a   s ecu ri t y   mec h an i s m   co n s o l i d at i n g   el l i p t i c u rv cr y p t o g rap h y   ( E CC)  an d   S al s a 2 0   s t ream  ci p h er   al g o ri t h t o   en s u re  s ec u ri t y   o t h n et w o r k   as   w el l   as   ad d res s i n g   t h p r o b l em   o en erg y   effi c i en c y   an d   l i g h t w e i g h t   s ecu r i t y   s o l u t i o n .   W h av n u mer i cal l y   an al y zed   t h p erf o rman ce  o o u p r o p o s e d   s ch eme   i n   cas o en erg y   effi ci e n cy   an d   p ro ce s s i n g   t i me  w h i c h   rev eal s   t h a t   t h s u g g es t ed   mech a n i s m   i s   s u i t ab l t o   b u s ed   i n   SM  as   i t   co n s u mes   l es s   p o w er  an d   req u i re s   l es s   p ro ce s s i n g   t i me  t o   en cr y p t   o d ecr y p t .   K e y w o r d s :   E ll ipt ic  c ur ve   c r yptogr a phy     S a ls a 20   S e c ur it y     S mar g r id   S mar m e ter   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i ce n s e .     C or r e s pon din A u th or :   S .   M .   S a li m   R e z a   F a c ult of   E nginee r ing   a nd  B uil E nvir onment ,     T he   Na ti ona Unive r s it y   of   M a lays ia,     S e langor ,   M a lays ia .   E mail:   s a li m4419@gm a il . c om       1.   I NT RODU C T I ON     S mar g r id  ( S G)   is   r e volut ioni z ing   the  c onve nti ona powe r   inf r a s tr uc tur e   by  e nha nc ing  r e li a bil it y ,   e f f icie nc a nd  s us taina bil it y   a s   we ll   a s   o f f e r s   r e a ti me   e ne r gy  c ons umpt ion ,   e ns ur e s   powe r   f low ,   r e duc e s   gr e e nhous e   ga s   e mi s s ion s   [ 1,   2] .   I is   e nvis ion e a s   the  ne xt  ge ne r a ti on  powe r   s ys tem  that  i ntegr a tes   inf or mation  a nd   c omm unica ti on  ne twor k   with  the   tr a dit ional  powe r   inf r a s tr uc tur e .   T his   ne twor king   f a c il it y   e na bles   the  uti li ty  p r ovider s   to   de li ve r   a nd   dis tr ibut e   the   powe r   to   the  c ons um e r s   a c c or ding   to  their   r e quir e ments .   T he c a n   moni to r   a nd   c ontr ol   th e   powe r   c ons umpt ion,   us a ge   a nd  e lec tr icity   bil l   thr ough   a dva nc e m e ter ing  i nf r a s tr uc tur e   ( AM I )   whic is   the  c e ntr a ne twor king  inf r a s tr uc tur e   of   S G .   S m a r mete r   ( S M )   is   the  c or e   ne two r king   de vice   of   AM I   w hich  e s tablis h es   f ull   duplex  c omm unica ti on  li nk   a mong    the  c ons umer s   a nd  the   s e r vice   pr ovider s .   T hr ough   thi s   duplex   li nk   the  S M   s e nds   e ne r gy  c ons umpt io r e por t   to  the  uti li ty  pr ovider s   f r om  the  s mar e lec tr ica a ppli a nc e s   a nd  r e tr ieve s   e le c tr icity  bil f or   the  c ons umer s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l         Sals a20  bas e li ghtw e ight   s e c ur it y   s c he me   for   s ma r me ter   c omm unication  in  s mar gr id  ( S.   M .   Sali m   R e z a)   229   T his   he a vy  de pe nda bil it y   on   c omm unica ti on   ne t wor make s   the   powe r   gr id   vulner a ble   to   the   a d ve r s a r ies .   T he   a dve r s a r c a n   int r ude   the   ne twor k   a nd  launc va r ious   c ybe r   a tt a c ks   to   dis r upt   the   nor mal   ope r a ti on  o f     the  powe r   gr id   th r ough   S M   a s   S M   is   the   c e ntr a l   ne twor king  de vice   be twe e the   home   a r e a   ne twor ( HA N)   a nd  ne ighbor hood   a r e a   ne two r ( NA N) .   C ybe r   a tt a c ks   c a be   c las s if ied  a s   ins ider   a tt a c a nd  outs ider   a tt a c k   [ 3] .   I outs ider   a tt a c k,     a a dve r s a r c a a tt a c the   ne twor wi thout   not i f ying  the   ne twor a dmi n is tr a tor .   T he   a dve r s a r c a a lt e r     the  da ta  s e nt   by   the   s mar mete r   o r   manipulate   the  e ne r gy   r e late d   da ta.   Als o,   powe r   outage   c a n   oc c ur   due   to   c ybe r   a tt a c ks   whic h   c a lea d   to   ha z a r dous   s it ua ti on  in   the   ne twor k.   T he r e f or e ,   f or   pr o tec ti ng  the   ne twor f r om  a tt a c ke r s   a nd   e ns ur ing  pr ivac y   of   the  us e r s ,   it   is   im por tant   to  de s ign  s e c ur it y   mec ha nis ms   that  a r e   c ompatibl e   with  the  powe r   inf r a s tr uc tur e .   T he   c r it ica inf r a s tr uc tur e   of   powe r   gr id  im pos e s   c ha ll e nge s   to  de s ign  a nd  im pleme nt  s e c ur it y   mec ha nis to  p r e ve nt  a ny  kind   of   c ybe r   a tt a c ks   a nd  us e r   pr iva c f r om     the  a tt a c ke r s .   T he   S M   is   a   r e s our c e   c ons tr a int   e lec tr onic  de vice   that  r e quir e s   li ght  we ight   a nd  r e s our c e   e f f icie nt  s e c ur it mec ha nis to   s e c ur e   the   c omm unica ti on  a mong   va r ious   de vice s .   How e ve r ,     the  c onve nti ona c r yptog r a phy  mec ha nis ms   a r e   n ot  r e s our c e   e f f icie nt  a nd   s uit a ble  to   us e   in   S M   s e c ur it y   a s   thes e   mec ha nis c on s umes   e xtr a   powe r ,   r e quir e s   high  pr oc e s s ing  ti me  a nd  int r oduc e s   o ve r he a d .   R e c e ntl y,   va r ious   types   of   s c he mes   ha ve   be e pr opos e in  th e   li ter a tur e   f oc us ing   r e s our c e   e f f icie nc o f   the   S M .     li ghtwe ight   a uthentica ti on   mec ha nis ha s   be e n   pr opos e d   in   [ 4]   na med   L iS A   whic incor por a tes   e ll ipt ic  c ur ve   c r yptogr a phy   ( E C C )   a nd   e ns ur e s   mu tual  a uthentica ti on ,   a nonymi ty,   r e ply  a tt a c k   pr e ve n ti on  a nd  it   take s   les s   e xe c uti on  ti me.   I [ 5]   the  a uthor s   ha ve   mentioned  that  a s   a   r e s our c e   c ons tr a ine de vice     the  s mar mete r   ne e ds   li ghtwe ight   c r yptogr a phy   mec ha nis f or   s e c ur ing  the   ne twor k.   T he   a uth or s   ha ve   pr opos e phys ica ll unc lonable   f unc ti on   ( P UF )   b a s e li ghtwe ight   s e c ur it y   s olut ion.   I n   [ 6]   a n   a u thentica ti on  s c he me  ha s   be e pr opos e ba s e on  one - ti me  pa s s wor s c he me  to  e ns ur e   mut ua a uthentica ti on  be twe e S M   a nd  the   s e r ve r s   of   the   S G .   T he   a uthor s   in  [ 7]   ha v e   pr opos e a   s ign - c r ypti on  mec ha nis f or   the   s e c ur it o f   S M   whic r e duc e s   maintena nc e   c os of   t r a dit ional   ke mana ge ment  inf r a s tr uc tur e .   P K I   ba s e p hys i c a l a ye r   a s s is m utual  a uthent ica ti on   ( P L A M A)   mec ha nis ha s   be e pr opos e in  [ 8]   f or   two - wa c omm unica ti on  in  s mar mete r   whic is   li ghtwe ight   a nd  p r ovides   f a s t e r   a uthentica ti on  pr oc e s s .   T he   a uthor s   in   [ 9]   ha ve   pr opos e d   a e f f icie nt   mes s a ge   a uthe nti c a ti on  s c he me  with   non - r e pudiation  s e r vice   whic a ls e ns ur e s   lo powe r   c ons umpt ion,   but  they   did  no pr ove   powe r   c ons umpt ion  is s ue   c lea r ly.   I [ 10]   the  a uthor s   ha ve   p r opos e d     a   nove a uthentica ti on  s c he me  ba s e on  r ing  os c il lator   phys ica ll unc lonable   f unc ti ons   f or   AM I   ne twor k.     T he   a uthentica ti on  mec ha nis e ns ur e s   s e c ur it f or   the  c om muni c a ti on  be twe e S M   a nd  uti li ty  c omp a ny.   I is   s e c ur e d,   s tor a ge   e f f icie nt  a nd  low  late nc y.   P UF  a nd  C S I   ba s e e nc r ypti on  mec ha nis ha s   be e pr opos e   in  [ 11]   to   e ns ur e   a uthentica ti on  a nd   int e gr i ty  o f   the  ne twor k .   E lec tr icity   f o r e c a s ti ng  ba s e s e c u r it a nd   pr ivac s c he me  ha s   be e n   pr opos e in   [ 12]   whic h   de c li ne s   the   ove r he a d   int r oduc e d   by   c omm unica ti on  a nd   c omput a ti on.   T he   a uthor s   in  [ 13]   ha s   p r opos e d   a   l ow  ove r he a a uthentica ti on  mec ha nis to  e ns ur e   s e c ur it y   be twe e S M   a nd  uti li ty  c ompany .   A   f r a mew or k   ba s e on  a nonymi z a ti on   ha s   be e p r opos e in   [ 14]   to   e nha nc e   the  s e c ur it of   the  S G.   P u bl ic  ke y - ba s e a ppr oa c ha s   be e de mons tr a ted  in  [ 15]   whic h   e ns ur e s   a ut he nti c a ti on,   int e gr it y,   c onf identialit y   a nd   non - r e pudiation   but   publi c   ke ba s e s c he mes   a r e   no e ne r gy   e f f icie nt.   T e s tablis s e c ur e   c omm unica ti on  b e twe e c ons umer s   a nd  s ubs tation s ,   the  a uthor s   in  [ 16 ]   pr opos e a E C C   ba s e a uthentica ti on  s c he me  bu it   is   una ble  t e ns ur e   f o r wa r s e c r e c [ 17] .   S ha r e s e c r e ke a nd  r a ndom  number   ba s e li ghtwe ight   c r yptogr a phy  mec ha nis ha s   be e pr opos e in  [ 18]   f o r   c omm u nica ti on  be twe e s upe r vis or node   a nd  c ontr ol  node .   P UF  a nd  one   wa ha s f unc ti on  ba s e d   c r yptogr a phy  ha s   be e int r oduc e d   to  e s tablis s e c ur it a mong  S M   a nd  s e r vice   pr ovide r   [ 19 ]   I thi s   pa pe r ,   we   p r opos e   to  us e   a   li ghtwe igh e ne r gy  e f f icie nt  c r yptog r a phy  s c he me  na med    S a ls a 20   [ 20]   f or   s e c ur ing  the  S M   ne twor k .   S a ls a 20  is   ba s e on  AR ( a ddit ion,   r otation  a nd  X OR ) .   I c onjunction  with   S a ls a 20,   we   s ugge s t   to   us e   e ll ipt ic  c ur ve   ba s e a uthentica ti on  s c he me  be f o r e   a ny  da ta  e xc ha nge   take s   plac e   us ing  S a ls a 20.   S e c ti on  2   dis c us s e s   the  S M   ne twor k.   I s e c ti on  2   we   dis c us s   our   pr opos e s olut ion .   I s e c ti on  we   a na lyze   the   pr opos e s c he me  numer ica ll a nd  s e c ti on  c onc ludes     the  pa pe r .       2.   S M AR T   M E T E NE T WORK   S mar mete r   ne twor k   c ove r s   HA N,   buil d ing  a r e a   ne twor ( B AN )   a nd  NA N ,   t r a ns mi s s ion,   dis tr ibut ion,   s e r vice   pr ov ider ,   mar ke t   a nd   ope r a ti on  mana ge ment  a c c or ding   to   the   NI S T   [ 21 - 23] .   F igur e   de mons tr a tes   the  HA ne twor k .   HA is   a   ne two r ins ide   the  home   uti li z e d   to   moni tor ,   r e c or d   a n c oll e c e ne r gy  us a ge   da ta  f r om  the  e lec tr ica a ppli a nc e s   c onne c ted  to  the  ne twor k.   T he   s mar e ne r gy   de vice s   c onne c ted  wir e les s ly  with  the  S M   s e nds   e ne r gy  c ons ump ti on  da ta  of   the  e lec tr ica l   a ppli a nc e s .   T he   uti li ty   c ompany  c a c oll e c the  e ne r gy  c ons umpt ion  da ta  thr ough  the  S M   us ing  thes e   e ne r gy  de vice s   a s   we ll   a s     the  home  owne r s   c a a ls moni tor   their   e ne r g c ons umpt ion  da ta  a the  S M .   How e ve r ,   the  wir e les s   c onne c ti vit is   vulner a ble  to  c ybe r   a tt a c ks   that  c a n   c a us e   major   da mage   to  the  ne twor k.   T he r e f o r e ,   it   is   a   vit a r e quir e ment  to   s e c ur e   thi s   ne twor to   pr otec t   the  p owe r   gr id   f or m   the  a dve r s a r ies .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l Vol.   18 ,   No .   1 F e br ua r 2020 :    228   -   233   230       F igur e   1.   Ar c hit e c tur e   of   s mar t   m e ter   n e twor k       3.   P ROP OS E M E T HO D   3. 1.   I n it ial izat ion   p h as e   S M   a nd   a nother   c onne c ted  de vice   wi th   S M   will   pe r f or m   ini ti a l   a uthentica ti on   us ing   e ll ipt ic   c ur ve   c r yptogr a p hy  [ 24] .   F or   e nc r ypti on   a nd   de c r ypti on  ba s e on   e ll ipt ic   c ur ve ,   e a c h   e lec tr ica de vi c e   s a y   c hoos e s   a   ge ne r a tor   point     i ( , ) ,   a   pr ivate   ke   s uc that    <   whe r e     is   the  s malles pos it ive   int e ge r   number   f o r   whic × = .   T he the  c hos e ge ne r a tor   point   with  the  e ll ipt ic  c ur ve   ( , )   a r e   made   publi c ly   a va il a ble  by   the   e lec tr ica l   node .   A f ter   that   the  e lec tr ica l   de vice     c omput e s   it s   publi c   ke y   a s   = ×   a nd  then  s ha r e s   with   the  S M .   T e nc r ypt   a   mes s a ge   f or   S M   s a ,   de vice     c omput e s   c ipher   text   pa ir   by  c hoos ing  a   r a ndom  numbe r   lets   s a   a s ,     C M = ( kg , P M + k P j )         whe r e ,     is   the  poin in   wh ich   the   mes s a ge     ha s   be e e nc ode f ol lowing  a   s uit a ble  e nc oding   pr oc e s s .   T de c r ypt  the  mes s a ge   s e ns or   node     pe r f o r ms   f oll owi ng  ope r a ti on:     P M + k P j n j ( kg )       = P M + k ( n j g ) n j ( kg )       =       T ha is   node     f i r s mul ti pli e s   the   f ir s po int   o f   the  c ipher   text  with   it s   pr ivate   ke a nd  s ubtr a c ts   f r om   the  s e c ond  point .   malicious   node   ne e ds   to  know   the  r a ndom  numbe r     f or   de c r yp ti ng  the  mes s a ge   a nd  it   is   dif f icult   to   c omput e      given  .   Util izing   e ll ipt ic   c ur ve   c r yptogr a phy ,   the  S M   a nd   the  o ther   s mar de v ice s   will   s ha r e   their   identit f or   a uthentica ti on  pu r pos e .   Af ter   c ompl e ti ng   a uthentica ti on,   the  S M   will   e xc ha nge   da ta  with  other   de vice s   us ing  low  powe r e c r yptog r a phy  c a ll e S a ls a 20.     3. 2.   Dat e xc h an ge   p h as e   In   thi s   s e c ti on  we   dis c us s   the  da ta  e xc ha ng e   be t we e S M   a nd  the  c onne c ted  a ppli a nc e s .   W e   ha v e   s ugge s ted  to  us e   S a ls a 20  [ 20]   s tr e a c ipher   a s   the  e nc r ypti on  mec ha nis a s   i t   is   a   li ghtwe ight   s e c ur it mec ha nis f or   e xc ha nging  mete r   r e a d   in   a nd   othe r   in f or mation .   Anothe r   ve r s ion  o f   S a ls a 20  is   C ha C ha 20.   I a nother   wor we   ha ve   pr opos e C ha C ha 20  a s   the  e nc r ypti on  a nd  de c r ypti on  mec ha nis m.   He r e ,   we   ha ve   c ompar e C ha C ha 20  a nd  S a ls a 20  in   the  pe r f or ma nc e   e va luation  s e c ti on.   S a ls a 20  take s   input   of   16  wor ds   a nd   output s   16  wor ds .   L ike  other   c r yptog r a phy  a lgor it hms   S a ls a 20  a ls ha s   a   r ound  f unc ti on   whic ope r a ted  r e pe a tedly  on  s ome  da ta  to   ge t   the  r e s ult .   S a ls a 20’ s   r ound  f unc ti on   it s e lf   c ons is ts   of   qua r ter   r ound  f unc ti on.   T he   qua r ter   r ound   f unc ti ons   c a be   s tate a s ,     = ( + ) < < < 7       = ( + ) < < < 9       = ( + ) < < < 13     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l         Sals a20  bas e li ghtw e ight   s e c ur it y   s c he me   for   s ma r me ter   c omm unication  in  s mar gr id  ( S.   M .   Sali m   R e z a)   231   = ( + ) < < < 18       whe r e ,   a ,   b,   c,   a r e   ini ti a s tate   wor ds   of   32  bit s   in  length.   I nit ial  s tate   matr ix  is   16  wor ds ,   but  th e   qua r ter   r ound  f unc ti on  ope r a tes   on  32 - bit   wor ds   a a   t im e .   T he   ini t ial  s tate   matr ix  c a be   de f ined  a s   s ho w in  F igur e   2 .           F igur e   2.   I ni ti a matr ix  of   S a ls a 20       4.   P E RF ORM AN CE   E VA L UA T I ON   T his   s e c ti on  dis c us s e s   the  pe r f or manc e   of   the   s ugge s ted  method  f or   S M .   T he   pe r f o r manc e   e va luation  thr ough  numer ica a na lys is   done   he r e   a r e   e xpe c ted  to  a pply  to  S M   a nd  e lec tr ica a ppli a nc e s   a s   we ll .   W e   ha ve   numer ica ll a na lyze the  pe r f or manc e   of   the   s ugge s ted  method  in  ter ms   o f   e ne r gy  c ons umpt ion  a nd  pr oc e s s ing  ti me.   As   thes e   two   pa r a mete r s   c a be   us e to  a na lyze   whe ther   a   s c he me  is   li ghtwe ight   or   not,   the r e f or e   we   ha ve   e xa mi ne to  a na lyze   in  c a s e   of   e ne r gy  uti li z a ti on  a nd  pr oc e s s i ng  ti me.   I the  T a ble  de mons tr a tes   the   pa r a mete r s   c ons ider e f or   numer ica a na lys is .       T a ble  1.   Nume r ial  P a r a mete r s   P r oc s s or   I nt e C or e  2 D uo   P r oc e s s or s  ope r a ti ng volt a ge   0.8500V to 1.5V   P r oc e s s or s  ope r a ti ng f r e que nc y   2.13 G H z ( C yc le s /S e c ond)   C ur r e nt   20.67 Amp   C ur r e nt /C yc le   9.70 Amp   S a ls a 20 S pe e   3.90 C yc le s /B yt e   C ha C ha 20  s pe e d   3.95 C yc le s /B yt e       E ne r gy  c ons umpt ion:   t his   e va luation  pa r a mete r   d e notes   c omput a ti ona e ne r gy  mea ning  the   a mount   of   e ne r gy   c ons umed  by  a   c r yptog r a phy  s c he me  whe it   ope r a tes   e nc r ypti o n   or   de c r ypti on   o pe r a ti on,   tr a ns mi s s ion  e ne r gy  mea ning  the  e ne r gy   r e qui r e to   tr a ns mi t   pa c ke ts   to  a   r e c e ivi ng   node ,   r e c e pti o e ne r gy   mea ning  the  a mount   of   e ne r gy  ne e de to  r e c e ive  a   pa c ke t.   it   is   im por tant  to  a na lyze   e ne r gy  e f f ic ienc a s   mos of   the  wir e le s s   de vice s   ( s pe c ially  S M )   a r e   ba tt e r powe r e a nd  s uf f e r s   f r om   ba tt e r powe r   l i mi tation.   T hus ,   de s igni ng   e ne r gy  e f f icie nt   s e c ur it s c he me  will   e nha nc e   the   li f e ti me   of   the   de vice s .   T o   e va luate   e ne r gy   c ons umpt ion  of   our   pr opos e s c he me  a nd  C ha C ha 20,   we   ha ve   ut il ize the  f oll owing  e qua ti on   [ 25] :     =  /  /           w he r e ,   C C B   de notes   c lock  c yc les   r e quir e pe r   by te  f or   e nc r ypti on  a nd  de c r yp ti on.   C C /S   de notes   c lock  c yc le  r e quir e s   pe r   s e c ond  by   the  p r oc e s s or .   I   is   the   c ur r e nt  a nd  is   the  ope r a ti ng   volt a ge .   F igu r e   3   de m ons tr a tes   the  c ompar is on  of   e ne r gy   c ons umpt ion  of   S a ls a 20  a nd  C ha C ha 20  whic r e ve a ls   that  S a ls a 20  take s   le s s   powe r   than  C ha C ha 20  a nd  make s   the  p r opos e s c he me  li ghtwe ight   to   be   us e in   S M ,   whe r e a s     the  other   c r yptog r a phy  s c he mes   li ke   AE S ,   DE S   r e quir e s   lot s   of   c omput a ti ona powe r   whic is   not   s uit a ble  f or   li ghtwe ight   e lec tr onic  de vice .   T a ble  s hows   the  e ne r gy  c ons umpt ion  va lues   f or   two   s c he mes   na med   S a ls a 20  a nd  C ha C ha 20.   P r oc e s s ing  ti me:  I t   de f ines   the   ti me   r e quir e d   f or   t he   pr oc e s s or   to  pe r f or m   e nc r ypti on   or   de c r ypti on   of   a   s ize   of   da ta.   T he   c r yp togr a phy  s c he me  w hich  take s   les s   pr oc e s s ing  ti me  will   pe r f o r m   f a s than    the  c r yptogr a phy  s c he me  whic r e quir e s   lar ge   p r o c e s s ing  ti me.   Als o,   f a s p r oc e s s ing  ti me  will   r e duc e   e nd  to   e nd  de lay.   T he   r e quir e d   ti me  c a be   c a lcula ted  a s ,      =          =  /  /       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l Vol.   18 ,   No .   1 F e br ua r 2020 :    228   -   233   232   w he r e ,   s pe e de notes   bytes   pe r   s e c ond  or   thr ough put.   F igur e   de mons tr a tes   the   pr oc e s s ing  ti me  r e q uir e by   C ha C ha 20  a nd  S a ls a 20  whic h   c lea r ly   r e ve a ls   th a S a ls a 20  take s   les s   pr oc e s s ing  ti me   whic h   m a ke s   the  pr oc e s s ing  of   da t a   f a s ter .   T a ble  3   s hows   the  pr oc e s s ing  ti me  c ompar is on  of   S a ls a 20  a nd  C ha C ha 20.           F igur e   3.   C ompar is on  of   c omput a ti ona e ne r gy   c on s umpt ion  of   S a ls a 20  a nd  C ha C ha 20           F igur e   4.   C ompar is on  of   pr oc e s s ing  ti me  o f   S a ls a 20  a nd  C ha C ha 20       T a ble  2.   C omput a ti ona e ne r gy  c ons umpt ion     of   two  s c he mes   F il e  S iz e   S a ls a 20   e nr gy  c ons umpt io n( mJ )   C ha C ha 20   e ne r gy c ons umpt io n( mJ )   1000   1 . 06 × 10 9   1 . 91 × 10 9   2000   2 . 13 × 10 9   3 . 83 × 10 9   3000   3 . 21 × 10 9   5 . 39 × 10 9   4000   4 . 37 × 10 9   7 . 05 × 10 9   5000   5 . 41 × 10 9   9 . 00 × 10 9     T a ble  3.   P r oc e s s ing  ti me  c ompar is on    of   two  s c he mes   F il e  S iz e   S a ls a 20   P r oc e s s in g t im e  ( ms )   C ha C ha 20   P r oc e s s in g t im e  ( ms )   1000   0 . 91   0 . 93   2000   17 . 98   18 . 67   3000   29 . 87   39 . 02   4000   51 . 01   68 . 37   5000   80 . 48   101 . 98         I thi s   s e c ti on  we   ha ve   a na lyze the  p r opos e s c he me  in  c a s e   of   e ne r gy  ut il iza ti on  a nd  p r oc e s s ing   ti me.   Our   pur pos e   wa s   to  e ns ur e   a   li ghtwe ight   s e c ur it s c he me  f or   a   low   powe r e e lec tr onic  de v ice   S M .     T he   numer ica a na lys is   of   e ne r gy  c ons umpt ion  a n pr oc e s s ing  ti me  c lea r ly  s hows   that  the   s ugge s te s c he me  S a ls a 20  pe r f or ms   be tt e r   a nd  S a ls a 20  r e quir e s   les s   pr oc e s s ing  ti me  a nd  c omput a ti ona e ne r gy  whic make s   it   li ghtwe ight .       5.   CONC L USI ON     I thi s   pa pe r ,   we   ha ve   a ddr e s s e the  p r oblem   that  t he   S M   is   a   r e s our c e   c o ns tr a ined  e lec tr onic   de vice   whic r e quir e s   li gh twe ight   s e c ur it y   mec ha nis f o r   s e c ur ing  the   ne twor k   but   mos of   the   pr opos e p r otocols   or   methods   c a not  s a ti s f the  r e quir e ments   ne e de to  be   li ghtwe ight   a s   they  c ons ume  huge   pr oc e s s ing  powe r   a nd  take s   huge   pr oc e s s ing  ti me  to  c ompl e te  it s   ope r a ti on.   T he r e f or e ,   we   ha ve   s ugge s ted  to  us e   AR ba s e d   s im ple  li ghtwe ight   s tr e a c ipher   a lgor it h na me S a ls a 20  to  be   us e in  S M   f o r   s e c ur ing  the  po we r   gr id.   Along  with  S a ls a 20,   we   ha ve   a ls pr opos e E C C   ba s e a uthentica ti on  be f or e   e xc ha nging  a ny   da ta.   E C C   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l         Sals a20  bas e li ghtw e ight   s e c ur it y   s c he me   for   s ma r me ter   c omm unication  in  s mar gr id  ( S.   M .   Sali m   R e z a)   233   a ls e ne r gy  e f f icie nt  a nd  it   is   a   publi c   ke y - ba s e a ppr oa c h.   T hus ,   be f o r e   e xc ha nging  inf or mati on  us ing  S a ls a 20,   the  S M   a uthentica tes   with  the  legiti mate   de vice .   W e   ha ve   numer ica ll a na lyze d   the  pe r f or manc e   in  c a s e   of   e ne r gy   uti li z a ti on   a nd  p r oc e s s ing  ti me.   F igur e s   3   a nd  4   r e ve a ls   that   our   s ugge s ted  me c ha nis m   c ons umes   ve r les s   e ne r gy  a nd  take s   ve r les s   pr oc e s s ing  ti me  whic make s   it   s uit a ble  to  be   us e in   S M .   I n   f utur e ,   we   will   a na lyze   the  s ugge s ted  s e c ur it s c he me  in  ter ms   o f   i ts   s e c ur it pe r f o r manc e .         RE F E RE NC E S   [1 ]   N .   K o m n i n o s ,   et   al . ,   Su rv e y   i n   Smar t   G ri d   an d   Smart   H o me  Secu r i t y :   I s s u es ,   Ch a l l e n g e s   an d   C o u n t ermea s u r es ,”   IE E E   Co m m u n i c a t i o n s   S u r veys   Tu t o r i a l s ,   v o l .   16 ,   n o .   4 ,   p p .   1 9 3 3 - 19 54 2 0 1 4   [2 ]   A .   Si d d i q u a ,   e t   al . ,   A   Re v i e w   an d   T ec h n i q u es   i n   S mart   G ri d   f o A u t h en t i ca t i o n   o Mes s ag e s ,”   In t er n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   La t es t   E n g i n eer i n g   a n d   M a n a g e m en t   R e s ea r c h   (IJLE M R ) ,   v o l .   03 ,   n o .   03 ,   p p .   91 - 9 6 Mar  2 0 1 8   [3 ]   M.   J o u i n i et   a l . ,   Cl as s i f i ca t i o n   o s ec u ri t y   t h rea t s   i n   i n fo rma t i o n   s y s t em s ,”   P r o ce d i a   Co m p u t e r   S c i en ce ,   v o l .   32 p p .   4 8 9 - 4 96 2 0 1 4   [4 ]   S.   G arg et   al . ,   L i SA :   A   L i g h t w e i g h t   an d   Secu re  A u t h en t i ca t i o n   Mech a n i s fo Smart   Met eri n g   In fra s t r u ct u re ,”   Th i s   p a p er   h a s   b een   a ccep t ed   f o r   p u b l i ca t i o n   i n   t h IE E E   G l o b a l   Co m m u n i ca t i o n s   Co n f er e n ce  (G L O B E CO M 1 9 ) ,   D ecemb er   2 0 1 9 .     [5 ]   S.   Ry u ,   PU b as ed   Smart   Me t er  Secu ri t y   w i t h   Sx   Ch ai n ,”   In t er n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Co n t r o l   a n d   A u t o m a t i o n   v o l .   9 ,   n o .   9 ,   p p .   4 0 7 - 4 14 Sep   2 0 1 6   [6 ]   Y .   S.   L ee et   al . ,   A   St u d y   o n   Secu re   Ch i p   f o Me s s a g A u t h en t i ca t i o n   b et w een   Smar t   Me t er  an d   H o me  A p p l i an ce s   i n   Smart   G ri d ,”   2 0 1 3   In t er n a t i o n a l   Co n f er e n ce  o n   IT  Co n ver g e n ce  a n d   S ecu r i t (ICITCS ) ,     pp . 1 - 3 ,   2 0 1 3   [7 ]   E .   U .   So y k an et   a l . ,   Id en t i t y   b a s ed   s i g n cr y p t i o n   f o ad v a n ced   met e ri n g   i n fras t ru c t u re ,”   2 0 1 5   3 rd   In t er n a t i o n a l   Is t a n b u l   S m a r t   G r i d   C o n g r e s s   a n d   F a i r   (ICS G ) ,   p p .   1 - 5 2 0 1 5   [8 ]   T .   Ma ,   et   al . ,   Ph y s i cal   L ay er  A s s i s t   M u t u al   A u t h en t i cat i o n   s c h eme  fo s mart   me t er  s y s t em ,”   2 0 1 4   I E E E   Co n f er e n ce  o n   C o m m u n i c a t i o n s   a n d   Ne t wo r S ecu r i t y ,   p p .   4 9 4 - 49 5 ,   2 0 1 4   [9 ]   J .   Ch o i et   al . ,   A n   E ff i ci e n t   Mes s ag A u t h en t i ca t i o n   f o N o n - rep u d i at i o n   o t h Smart   Met er i n g   Serv i ce ,”   2 0 1 1   F i r s t   A CIS / JNU   I n t e r n a t i o n a l   Co n f er e n ce  o n   Co m p u t er s ,   Ne t wo r ks ,   S y s t e m s   a n d   I n d u s t r i a l   E n g i n ee r i n g ,     p p .   3 3 1 - 33 3 ,   2 0 1 1   [1 0 ]   M.   Mu s t ap a et   al . ,   H ard w are - O r i en t ed   A u t h en t i ca t i o n   fo A d v a n ced   Met er i n g   In fras t ru c t u re ,”   IE E E   Tr a n s a c t i o n s   o n   S m a r t   G r i d ,   v o l .   9 ,   n o .   2 ,   p p .   1 2 6 1 - 12 70 Mar  2 0 1 8   [1 1 ]   A .   M.   A l l am ,   A   N o v el   N o n - cry p t o g ra p h i Secu ri t y   Ser v i ce s   fo A d v a n ced   Met er i n g   In fras t ru c t u re  i n   Smart   G ri d ,”   Co m m u n i c a t i o n s   o n   A p p l i e d   E l ec t r o n i cs   (C A E ) ,   v o l .   3 ,   n o .   7 ,   N o v   2 0 1 5 .     [1 2 ]   A .   A b d a l l a h   an d   X .   Sh en ,   L i g h t w e i g h t   Secu r i t y   an d   Pri v ac y   Pres erv i n g   Sch eme  fo Smart   G ri d   Cu s t o mer - Si d e   N et w o r k s ,”   IE E E   Tr a n s a c t i o n s   o n   S m a r t   G r i d ,   v o l .   8 ,   n o .   3 ,   p p .   1 0 6 4 - 10 74 May   2 0 1 7   [1 3 ]   I.   Doh et   al . ,   Secu re  A u t h en t i ca t i o n   f o St ru c t u r ed   S mart   G ri d   Sy s t em ,”   2 0 1 5   9 th   In t e r n a t i o n a l   Co n f er e n ce   o n   In n o va t i ve  M o b i l a n d   In t e r n e t   S e r vi ce s   i n   U b i q u i t o u s   C o m p u t i n g ,   p p .   2 0 0 - 20 4 ,   2 0 1 5   [1 4 ]   S.   A fri n   an d   S.   Mi s h ra ,   A n   an o n y mi ze d   au t h e n t i cat i o n   framew o r k   fo s mar t   met er i n g   d a t p ri v acy ,”   2 0 1 6   I E E E   P o we r   E n e r g S o ci e t In n o v a t i ve  S m a r t   G r i d   Tech n o l o g i es   Co n f e r en ce  (I S G T) ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 6   [1 5 ]   D .   G h o s h et   al . ,   A   L i g h t w e i g h t   A u t h en t i ca t i o n   Pro t o c o l   i n   Smart   G ri d ,”   In t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   Net w o r k   S ecu r i t y ,   v o l .   20 ,   n o .   3 ,   p p .   4 1 4 - 4 22 May   2 0 1 8   [1 6 ]   K .   Mah mo o d et   al . ,   An   el l i p t i cu r v cry p t o g rap h y   b as ed   l i g h t w ei g h t   au t h en t i ca t i o n   s c h eme  fo s mart   g ri d   co mmu n i ca t i o n ,”   F u t u r G e n er a t i o n   Co m p u t e r   S ys t em s ,   v o l .   81 ,   p p .   5 5 7 - 5 65 Apr il   2 0 1 8   [1 7 ]   Y .   Ch en et   al . ,   A   Bi l i n ear  Map   Pai ri n g   Ba s ed   A u t h en t i ca t i o n   Sch eme  fo S mart   G ri d   Co mm u n i cat i o n s :   PA u t h ,”   IE E E   A cces s ,   v o l .   7 ,   p p .   2 2 6 3 3 - 2 2 6 43 2 0 1 9   [1 8 ]   Q .   Wu  a n d   M.   Li ,   A   L i g h t w ei g h t   A u t h en t i ca t i o n   Pr o t o c o l   f o Smart   G ri d ,”   IO P   Co n f e r en ce  S er i es E a r t h   a n d   E n v i r o n m en t a l   S ci e n ce ,   v o l .   2 3 4 ,   n o .   1 ,   p p .   1 - 6 2 0 1 9   [1 9 ]   P.   G o p an d   B.   Si k d ar ,   Pri v ac y - A w are  A u t h en t i c at ed   K e y   A g reeme n t   Sc h eme  fo Secu re  Smart   G ri d   Co mmu n i ca t i o n ,”   IE E E   Tr a n s a c t i o n s   o n   S m a r t   G r i d ,   v o l .   10 ,   n o .   4 ,   p p .   3 9 5 3 - 39 62 Jul y   2 0 1 9 .   [2 0 ]   D .   J .   Bern s t e i n ,   C h aCh a,   v ari a n t   o Sa l s a 2 0 ,   [ O n l i n e ] A v ai l ab l e :   h t t p s : / / cr. y p . t o / ch ac h a/ c h ach a - 2 0 0 8 0 1 2 0 . p d f ,   2 0 0 8 .   [2 1 ]   N .   Men g i d i s   et   a l . ,   Bl o ck c h ai n   an d   A fo t h e   N e x t   G en erat i o n   E n e rg y   G ri d s :   C y b er s ecu r i t y   C h al l en g es   an d   O p p o r t u n i t i e s ,”   In f o r m a t i o n   S ec u r i t y:  A n   In t er n a t i o n a l   Jo u r n a l ,   v o l .   43 n o . 1 ,   p p .   21 - 33 2 0 1 9   [2 2 ]   W .   W an g   an d   Z .   Lu ,   Cy b er  s ecu ri t y   i n   t h Sm art   G ri d :   Su r v ey   an d   ch al l en g es ,”   Co m p u t er   Net w o r k s ,   v o l .   57   n o .   5 ,   p p .   1 3 4 4 - 13 71 A p r il   2 0 1 3   [2 3 ]   Z .   E l   Mrab et et   al . ,   Cy b er - s ecu ri t y   i n   s m art   g r i d :   Su r v ey   an d   ch a l l e n g es ,”   Co m p u t er s   E l ect r i c a l   E n g i n ee r i n g v o l .   67 ,   p p .   4 6 9 - 4 82 A p ri l   2 0 1 8   [2 4 ]   W .   St al l i n g s ,   Cry p t o g rap h y   an d   N e t w o rk   Secu r i t y , ”  4 th   E d i t i o n .   Pren t i ce  H al l ,   p p .   3 1 0 - 3 1 2 2 0 0 5 .     [2 5 ]   A .   A h mad et   a l . ,   Co mp ara t i v A n a l y s i s   o D i ffere n t   E n cry p t i o n   T ec h n i q u es   i n   Mo b i l A d   H o N e t w o rk s   (MA N E T S) ,”   In t er n a t i o n a l   j o u r n a l   o f   Co m p u t e r   Net w o r ks   C o m m u n i c a t i o n s   (IJCNC) ,   v o l .   8 ,   n o .   2 ,   p p .   89 - 1 0 1 March   2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.