I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   6 Dec em b er   201 7 ,   p p .   3 6 2 2 ~ 3 6 3 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 6 . pp 3 6 2 2 - 3631     3622       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   E f ficien End - to - End Secur K ey   M a na g em e nt  Pr o toco l f o Interne o Thi ng s       Ya m i na   B en   Sli m a ne 1 K heli f a   B en   Ah m ed 2   1 L a b o ra to ry   o f   P h y sic s an d   S e m i - c o n d u c to De v ice ,   Un iv e rsity   T a h ri   M o h a m e d ,   Be c h a r,   A l g e ria   2 E x a c S c ien c e s De p a rt m e n t ,   Un iv e rsit y   T a h ri  M o h a m e d ,   Be c h a r,   A l g e ria       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   1 7 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   A p r   1 2 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma y   2 ,   2 0 1 7       In tern e o f   th in g (Io T h a d e sc rib e d   f u tu re v isio n   o f   in tern e twh e re   u se rs,   c o m p u ti n g   s y ste m ,   a n d   e v e r y d a y   o b jec ts  p o ss e ss in g   s e n sin g   a n d   a c tu a ti n g   c a p a b il it ies   a re   p a rt  o f   d istri b u ted   a p p l ica ti o n a n d   re q u ired   t o   su p p o r t   sta n d a rd   in tern e c o m m u n ica ti o n   w it h   m o re   p o we r f u d e v ice   o in tern e t   hos ts.   T h is  v isio n   n e c e ss it a tes   th e   se c u rit y   m e c h a n is m f o e n d - to - e n d   c o m m u n ica ti o n .   A   k e y   m a n a g e m e n p ro t o c o is  c rit ica to   e n su ri n g   th e   se c u re   e x c h a n g e   o f   d a ta  b e t w e e n   in terc o n n e c ti n g   e n ti ti e s,  b u t   d u e   to   th e   n a tu re   o f   th is  c o m m u n ica ti o n   sy st e m   w h e r e   a   h i g h   re so u rc e   c o n stra in e d   n o d e   m a y   b e   c o m m u n ica ti n g   w it h   n o d e   w it h   h i g h   e n e rg y   m a k e th e   a p p li c a ti o n   o f   e x isti n g   k e y   m a n a g e m e n p ro t o c o ls  im p o ss ib le.  I n   th is  p a p e r,   w e   p ro p o se   a   n e li g h tw e ig h k e y   m a n a g e m e n p ro to c o th a a ll o w th e   c o n stra in e d   n o d e   i n   6 lo W P A n e tw o rk   to   tran s m it   c a p tu re d   d a ta  t o   in ter n e h o st   in   se c u re   c h a n n e l.   T h is  p ro t o c o is  b a se d   o n   c o o p e ra ti o n   o f   se lec ted   6 l o W P A ro u ters   to   p a rti c ip a te  i n   c o m p u tatio n   o f   h ig h ly   c o n su m in g   c r y p to g ra p h ic  p rim it iv e s.   Ou p r o to c o is  a ss e ss e d   w it h   A V IS P A   to o l,   t h e   re su lt sh o w   th a o u sc h e m e   e n su re d   se c u rit y   p ro p e rti e s.   K ey w o r d :   6 L o W P A n et w o r k   I n ter n et  o f   t h i n g s   Ke y   m a n a g e m en t p r o to co l   6 L o W P A r o u ter s   A VI SP A   t ool   Co p y rig h ©   2 0 1 7 I n stit u te o f   Ad v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ya m i n a   B en   Sli m a n e,   L ab o r ato r y   o f   P h y s ics a n d   Sem i - co n d u c to r   Dev ice,   T ah r i M o h a m ed     Un i v er s it y - B ec h ar ,   Stre et  in d ep en d en ce   B . P .   417 B ec h ar A lg er ia   E m ail:  Ya m i.b en s li m a n e@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h in ter n e o f   t h i n g s   h as   m ad r ev o lu tio n   in   t h w o r l d   o f   co m m u n icatio n   b y   co n n ec ted   t h e   p h y s ical  o b j ec ts   to   I n ter n et.   A cc o r d in g   to   [ 1 ]   ( I o T )   is   co n ce p an d   p ar ad ig m   t h at  c o n s id er s   p er v as iv e   p r esen ce   i n   t h e n v ir o n m e n o f   v ar iet y   o f   t h i n g s /o b j ec ts   th at  th r o u g h   w ir ele s s   an d   w ir ed   c o n n ec tio n s   an d   u n iq u ad d r ess in g   s c h e m es  a r ab le  to   in ter ac w it h   ea ch   o th er   an d   co o p er ate  w it h   o th er   th in g s /o b j ec ts   to   cr ea te  n e w   ap p licatio n s / s er v ic es.   T h in ter n e o f   t h i n g s   ( I o T )     d escr ib es  t h n e x g en er atio n   o f   I n ter n et,   w h er t h p h y s ical    th i n g s   o o b j ec ts   ar co n n ec ted ,   ac ce s s e d   an d     id en tif ied     th r o u g h     th e   I n ter n et,   m a n y   t ec h n o lo g ie s   a r in v o l v ed   in   I o T ,   s u c h   as  W SN   ( W ir eles s   Se n s o r s   n et w o r k )   [ 2 ] ,   in telli g e n s en s i n g ,   R ad io   Fre q u e n c y   I d e n ti f icatio n     ( R FID )   [ 3 ],   6 L o W P A N   [ 4 ],   Nea r   Fiel d   co m m u n icat io n s   ( NF C )   [ 5 ]   [ 6 ] ,   lo w   e n er g y   w ir ele s s   co m m u n icat io n   ,   clo u d   co m p u ti n g ,   a n d   s o   o n .   T h ese  tech n o lo g ies  w i ll  in ter ac w i th   p h y s ical  p h e n o m e n b y   e m p lo y in g   m o r co n s tr ai n e d   s en s i n g   p latf o r m s   a n d   lo w - e n er g y   w ir ele s s   co m m u n icatio n s ,   t h er ef o r e,   en d - to - e n d   co m m u n ica tio n   b et w ee n   co n s tr ain ed   s en s i n g   d e v ices  an d   o th er   I n ter n et  h o s w il b f u n d a m e n tal  r eq u ir e m e n o f   m an y   s e n s in g   ap p licatio n   u s i n g   th e s tec h n o lo g ies,  t h i s   asp ec ts   t h at  s er io u s l y   co m p licate  t h d esi g n   a n d   ad o p tio n   o f   ap p r o p r iate  s ec u r it y   m ec h a n i s m s   e s p ec iall y   e n d - to - en d   s ec u r it y   m ec h a n is m s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E fficien t E n d - to - E n d   S ec u r K ey   Ma n a g eme n t P r o to c o l fo r   I n tern et  o f Th in g s   ( Ya min a   B en   S lima n e )   3623   I n   th li ter atu r e,   s e v er al  r ese ar ch   ef f o r ts   h a v b ee n   i n tr o d u ce d   to   o v er co m ch al len g es   an d   f i n d   ap p r o p r iate  s o lu tio n s   as s o ciat ed   to   s ec u r it y   esp ec iall y   e n d - to - en d   s ec u r it y .   So m r esear ch   h av f o c u s ed     th eir   ef f o r t s   to   m a k in g   th e   s ec u r it y   p r o to co s tan d ar d s   s u itab le  to   th co n tex o f   I o T   as   Hu m m e n   et     al     i n   [ 7 ] ,   h a v e   d ev elo p ed   co m p le m e n tar y   l i g h t w eig h f u ll  e x te n s io n   to   HI P   DE ( Ho s I d en tit y     P r o to c o Diet  E x c h a n g e)   s tan d ar d   f o r   w o r k i n g   w i th   th I o T   ar ch it ec tu r s p ec i f ic ati o n   , th i s   ex te n s io n   co u ld   b g en er alize d   to   DT L S   p r o to co an d   I KE .   Oth er   r ese ar ch   as   Gr an j al  et  a i n   [ 8 ] ,   h av p r o p o s ed   p r o ce d u r o f   d eleg atio n   o f   lar g e   co m p u tatio n   in   DT L p r o to co to   r ich   r eso u r ce   en tit y ,   A l s o   Olev ea u   an d   Said   in   [ 9 ]   h av p r esen ted   d is tr ib u ted   HI P   ( D - HI P )   in s p ir ed   f r o m   HI P - B E X,   T h e y   ar u s ed   p r o x ies  n o d es  to   ca lcu lat th DH  p r o to co l   o f   o p er atio n s   f o r   s es s io n   k e y   e s tab lis h m e n t,  ea c h     p r o x y   n o d tak es a   ca lc u latio n   p ar t.   An o th er   v is io n   o f   s o lu tio n   h a v b ee n   in tr o d u c ed ,   it  is   t h p r o p o s al  o f   co m p r ess io n   s ch e m es  ap p lied   to   d if f er en p r o to co ls .   I n   [ 10 11 ] ,   th au th o r s   h a v p r o p o s ed   I P V6   h ea d er   c o m p r ess io n ,   ex ten s io n   h ea d er s ,   an d   UDP   ( User   Data g r a m   P r o to co l)   h ea d er   s tan d ar d ized   th r o u g h   6 L o W P A ( I P v 6   o v er   L o w   p o w er   W ir el ess   P er s o n al  A r ea   Net w o r k s ) .   Au th o r s   in   [ 12 13 ]   h av p r esen ted   6 L o W P A co m p r es s io n s   f o r   I P s ec   p ay lo ad   h ea d er s A ( Au t h e n ticatio n   Hea d er )   an d   E SP   ( E n ca p s u l atin g   Sec u r it y   P a y lo ad ) .   R az et  al.   [ 1 4 ]   h av e   p r o p o s ed   m o d i f icatio n   o f   D T L S   h ea d er s   u s i n g   t h 6 L o W P A co m p r ess io n   s c h e m e .   T h m o d if ied   p r o to co r ed u ce s   th s ize  o f   s o m h e ad er s   ( i.e .   th DT L r ec o r d   h ea d er ,   th h an d s h a k h ea d er ,   th h a n d s h ak e   m es s ag e) .   So   m a n y   w o r k s   f o cu s   o n   t h ad ap tatio n   o f   ex i s ti n g   s ec u r it y   s o lu tio n s   to   t h s p ec i f icatio n   r elate d   to   I o T   en v ir o n m en t,  o u r   w o r k   p r o v id es  s u itab le  k e y   m a n ag e m en p r o to co f o r   I o T   s ce n ar io s .   I n   th i s   p ap er ,   w e   p r o p o s n e w   lig h t w ei g h k e y   m a n ag e m e n p r o to co w h ich   is   b ased   o n   co o p er atio n   b et w ee n   s elec ted   r o u ter s   in   6 lo W P A n et w o r k   to   e s ta b lis h   s ec u r ed   c o m m u n icatio n   ch a n n el  b et w ee n   h ig h l y   r eso u r ce   co n s tr ain ed   n o d in   6 lo W P A n et w o r k   an d   r em o te  en tit y   ( i.e .   s er v er ) .   I n   o u r   p r o to c o l,  th th ir d   p ar ti es  ( r o u ter s )   h av a   m o r ac t iv r o le  t h r o u g h       t ak in g   r esp o n s ib ilit y   to   co m p u tatio n   o f   t h h ig h l y   co n s u m i n g   cr y p to g r ap h i c   p r im iti v es.  W h a v as s es s ed   o u r   p r o to co l u s i n g   A VI SP A   to o l,  th o b tai n ed   r es u lts   s h o w s   th at  o u r   p r o to co l is  s af in   ter m s   o f   s ec u r it y   p r o p er ties .   Ou r   p ap er   p r o ce ed s   as  f o llo w s :   I n   s ec tio n   2 ,   w e x p lain   th e   r esear ch   m et h o d T h r esu lt a n d   d is cu s s io n   ar p r esen ted   in   Sec tio n   3 .   Fin all y ,   Sectio n   4   co n cl u d es  th p ap er .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   I n   t h is   s ec tio n ,   w e   p r esen te   o u r   lig h t w ei g h e n d - to - e n d   k e y   m an a g e m e n p r o to co l.  Firstl y ,   w g i v a   br ief   o v er v ie w   o n   6 L o W PA n et w o r k .   T h en ,   w ep r es en te  th e   p r o p o s ed   n et w o r k   m o d el  an d   s et  o f   ass u m p tio n s .   Af ter w ar d s w e   d escr ib e   o u r   p r o p o s ed   p r o t o co l .   Fin al y   w e   ex p lai n e   in   d etail  th e   d if f er en p h ases   o f   o u r   m o d el  alo n g   w it h   s u m m ar y   o f   th n o tatio n s   u s ed   th r o u g h o u t t h p ap er .     2 . 1 .   6 l o WP AN  Net w o rk   6 L o W P A is   co n n ec ti n g   m o r th i n g s   to   t h clo u d .   L o w - p o w er ,   I P - d r iv en   n o d es  a n d   l ar g m e s h   n et w o r k   s u p p o r m a k t h i s   tec h n o lo g y   a   g r ea o p tio n   f o r   I n t er n et  o f   T h i n g s   ( I o T )   ap p licatio n s .   A cc o r d in g   to   [1 5 ]   L o W P A is   L o w - p o w er   W ir eles s   P er s o n al   A r ea   Net w o r k s   ( L o W P A N s )   co m p o s ed   o f   d e v ices   co n f o r m i n g   to   th I E E E   8 0 2 . 1 5 . 4 - 2 0 0 3   s tan d ar d   d ef in ed   b y   t h I E E E   [ 1 6 ] .   I E E E   8 0 2 . 1 5 . 4   d ev ices  ar e   ch ar ac ter ized   b y   s h o r t   r an g e,   lo w   b it  r ate   ( f r o m   2 0   Kb its / s   ( 8 6 8   MH z)   to   2 5 0   Kb its / s   ( 2 . 4 5   GHz ) ) ,   Sm a ll   p ac k et  s ize  ( t h m a x i m u m   tr a n s m i s s io n   u n it  o r   MT o n   I E E E   8 0 2 . 1 5 . 4   lin k s   i s   1 2 7   b y te s ) ,   lo w   p o w er ,   an d   lo w   co s t.   T h I P v 6   o v er   L o w - p o w er   W P A ( 6 L o w W P A N)   W o r k i n g   Gr o u p   w as  f o r m ed   i n   2 0 0 4   to   w o r k   o n   p r o to co s p ec if icatio n s   to   o p ti m ize  t h o p er atio n   o f   I P v 6   o v er   n et w o r k s   m ad o f   I E E E   8 0 2 . 1 5 . 4   lin k s   in   L o W P A ( L o w - p o w er   W ir eless   P er s o n al  A r ea   Net w o r k s ) ,   it  w a s   d ec id ed   to   ex clu s iv el y   w o r k   o n   t h e   r eq u ir ed   I P v 6   p r o to co ex ten s i o n s   f o r   L o W P A ( s u c h   as  f r a g m e n tat io n   a n d   r ea s s e m b l y ,   h ea d er   co m p r ess io n ,   n eig h b o r   d is co v er y   ad ap tatio n ,   etc. ) .   T h 6 L o W P A W o r k in g   Gr o u p   b elo n g s   to   th I n t er n et  ar ea   ( I N T )   o f   th I E T F [1 7 ]   , T h en   th R o u ti n g   O v er   L o w - p o w er   an d   L o s s y   n et w o r k   ( R O L L )   W o r k in g   Gr o u p   w a s   f o r m ed   to   d ea w ith   r o u ti n g   i s s u es   i n   n et w o r k s   w i th   s i m i lar   ch ar ac ter i s tics   at   t h I P   la y er   t h u s   alle v ia tin g   t h r e s tr ictio n   o f   u s in g   I E E E   8 0 2 . 1 5 . 4   lin k s ,   s in ce   b y   d e f i n itio n   r o u tin g   o p er ates  at  th n et w o r k   la y er .   I P v 6   b ased   W ir eless   s en s o r   n et w o r k   ca n   b co n s id er ed   as  o n en ab li n g   w ir eles s   tech n o lo g ies  th at  o f f er s   g r ea te r   ad v an ta g f o r   th ad v an ce m en t o f   M2 co m m u n i ca tio n .   T h 6 L o W P A n et w o r k   is   c o n n ec ted   to   t h I P v 6   n et w o r k   u s i n g   an   ed g r o u ter .   T h e d g r o u ter   h an d le s   th r ee   ac tio n s :   -   T h d ata  ex ch an g b et w ee n   6 L o W P A d ev ice s   an d   t h I n te r n et  ( o r   o th er   I P v 6   n et w o r k ) .   -   L o ca l d ata  ex c h an g b et w ee n   d ev ices i n s id th 6 L o W P A N.     -   T h g en er atio n   a n d   m ai n te n an ce   o f   th r ad io   s u b n et  ( t h 6 L o W P A n et w o r k ) .   T h 6 L o W P A n et w o r k s   ar co n n ec ted   to   o th er   n et w o r k s   s i m p l y   u s i n g   I P   r o u ter s .   A s   s h o w n   i n   Fig u r 1 ,   t h ed g r o u ter   is   co n s id er ed   li k s tu b   n et w o r k .   T h is   m ea n s   d ata  g o in g   in to   th e   n et w o r k   is   d esti n ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 6 2 2 3 6 3 1   3624   f o r   o n o f   t h d ev ice s   i n s id t h 6 L o W P A N.   6 lo W P A d ev ice  m a y   b co n n ec ted   to   th i n t er n et  h o s i n   o th er   I P   n et w o r k s   t h r o u g h   o n o r   m o r ed g r o u ter s   th at  f o r w ar d   I P   d atag r am s   b et w e e n   d i f f er e n t   m ed ia.           Fig u r 1 .   C o n n ec ted   6 L o W P A n et w o r k   w it h   I P V6   n et w o r k       C o n n ec ti v it y   to   o t h er   I P   n et wo r k s   m a y   b p r o v id ed   th r o u g h   an y   ar b itra r y   lin k ,   s u c h   a s   E t h er n et,   W I - Fi  o r   3 G/4 G.   I n   th T y p ical  6 lo W P A n et w o r k   t h er ar tw o   o th er   d ev ice  t y p es:  r o u ter s   an d   h o s t s .   R o u ter s   ca n ,   as t h n a m i m p l ies,  r o u t d ata  d esti n ed   to   an o t h er   n o d in   t h 6 L o W P A n e t w o r k .   Ho s ts   ar n o t a b le  to   ro u te  d ata  to   o th er   d ev ices  in   th n et w o r k .   T h h o s ca n   al s o   b s leep y   d ev ice,   w a k i n g   u p   p er io d icall y   to   ch ec k   it s   p ar en t ( r o u ter )   f o r   d ata,   en ab lin g   v er y   lo w   p o w er   co n s u m p tio n .   T h b asic  co n ce p o f   6 L o W PA s tack   i s   ill u s tr ated   in   Fig u r 2 .   6 L o W P A is   a n   ad ap tati o n   la y er   is   ad d ed   b etw ee n   th e   n et w o r k   a n d   I E E E   8 0 2 . 1 5 . 4   MA C   la y er .   T h is   la y er   i s   r esp o n s ib le  to   estab lis h   6 lo W P A N   d ev ice’ s   d ir ec t c o m m u n icatio n   w it h   an y   s er v er   o n   th i n ter n et.           Fig u r 2 .   6 lo W P A p r o to co ls   s tack         2 . 2 .   Net w o rk   M o del a nd   Ass u m ptio ns   I n   th is   w o r k ,   th ar ch itectu r s h o w n   i n   Fig u r 3   is   co n s id er ed .   I c o n s is ts   o f   t w o   p ar ties ,   th f ir s p ar co n s is ts   o f   t h 6 lo W P A h o s t   ( H) ,   6 lo W P A N   R o u ter s   (R i ),   A cc e s s   C o n tr o s er v er   ( AC )   in   6 lo W P A N     2 0 0 1 :4 3 2 1 :: 4 5 6 I NT E R NE T   SERVE R   SERVE R   R OUT E R   R OUT E R   6 L o W P A N   e d g e   2 0 0 1 :1 2 3 4 ::  1234   2 0 0 1 :8 7 6 5 :: /4 8   2 0 0 1 :8 7 6 5 : 2 2 :: /5 1   2 0 0 1 :8 7 6 5 : 2 2 : :3   2 0 0 1 :8 7 6 5 : 2 2 : : 2   2 0 0 1 :8 7 6 5 : 2 2 ::1   2 0 0 1 :8 7 6 5 :: 5 4 8 1   R   H   R   R   R   R   H   H   H   :: 3   ::1   :: 8     :: 2     ::1     :: 5     :: 7     :: 6     :: 4     2 0 0 1 :8 7 6 5 : 2 3 ::/4 8   :: 9       R   H   R o u ter   Ho s t   App li c a tio n   La y e r   (C O AP)   Tr a n spo r La y e r   (UD P)     Ne tw o r k   La y e r   (IP v 6 (RPL)   6 Lo W PAN A d a p tio n s L a y e r   IEE 8 0 2 . 1 5 . 4   M AC   IEE 8 0 2 . 1 5 . 4   PHY   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E fficien t E n d - to - E n d   S ec u r K ey   Ma n a g eme n t P r o to c o l fo r   I n tern et  o f Th in g s   ( Ya min a   B en   S lima n e )   3625   n et w o r k ,   th s ec o n d   p ar t   co n s is ts   o f   t h r e m o te  s er v er   ( R S)  i n   I P V6   n et w o r k ,   f u r t h er m o r e   an o th er   co m p o n e n t   p lay s   r o le  in   o u r   ar ch ite c tu r i s   th C er ti f icatio n   au t h o r it y     s er v er ( C A )   d eliv er s   a u t h e n ticat ed   ce r tif icate s T h e   A cc e s s   C o n tr o ( A C )   s er v er   s u p p o r ts   au th e n ticatio n   an d   tr u s o p er atio n   in   6 lo W P AN  n et w o r k   an d   also   p o s s ess   tr u s r elat io n s h ip   w i th   r e m o te  s er v er ,   6 L B R   ca n   s er v a s   g ate w a y   to   t h 6 lo W P A n o d es  w h il e   co m m u n icati n g   w i th   a   r e m o te  s er v er   in   t h I n ter n et.         Fig u r 3 .   Net w o r k   Mo d el       I n   th is   ar c h itect u r e,   it  is   ass u m ed   th a all  n o d es  t h at  ar r eg is ter ed   to   t h 6 L B R   ar m o ti o n less .   T h e   s elec ted   6 L o W P A r o u te rs   (R i )   ar eq u ip p ed   w ith   s u f f icie n co m p u tat io n   an d   s to r ag c ap ab ilit ies  th a n   th 6 lo W P A h o s t   ( H) .   Du r in g   in itia b o o ts tr ap p in g   n et w o r k ,   th s ec u r it y   k e y s   ( w h ic h   ar r ef r esh ed   p er io d ically )   ar d is tr ib u ted   to   all  n o d es  b y   T h A cc es s   C o n tr o ( AC )   s er v er .   I n   th is   n et w o r k   w d is ti n g u i s h   t w o   t y p e s   o f   n o d es in   ter m   o f   s to r ag ca p ac ities ,   co m p u tin g   p o w er   an d   en er g y   r eso u r ce s :   T h f ir s t,  h i g h l y   r eso u r ce   co n s tr ai n ed   n o d ( 6 L o W P A h o s ( H) ) ,   w h ich   ar u n ab le  to   p er f o r m   p u b lic  k e y   cr y p to g r ap h ic  o p er atio n s .   T h s ec o n d   No d w it h   h ig h   ca p ab ilit ies  o f   s t o r ag e,   en er g y   a n d   co m p u ti n g   p o w er   ( th s elec te d   6 lo W P A r o u ter s   (R i )   an d   t h r e m o te  s er v er   ( R S)) .     2 . 3 .   Descript io o f   O ur   P ro p o s ed  P ro t o co l   W h ile  g u ar an teein g   E 2 E   s ec u r it y   b et w ee n   6 lo W P A h o s t   ( H)   an d   r e m o te  s er v er ,   w estab lis h   a   s h ar ed   k e y   b et w ee n   th t w o   en d s   o f   co m m u n icatio n ,   f o r   ac h iev th is   g o al,   k e y   ex ch an g p r o to co is   r eq u ir ed   b etw ee n   t h t w o   e n ti ties   to   s ec u r th e s co m m u n i ca ti o n s .   I n   t h is   s ec tio n ,   w p r o v id an   o v er v ie o v er   s tep s   o f   o u r   p r o to c o l.  Fir s tl y   ,   th 6 lo W P A h o s t( H)   is   w illi n g   estab lis h   s h ar ed   s ec r et  k e y   w it h   r e m o te   s er v er   , it  in it iates  o u r   p r o to co l,  th 6 lo W P A h o s ( H)   g en er ates  s ec r et  k e y   ( u s i n g   o n e   o f     th ap p r o p r iate   m et h o d s     f o r     r eso u r ce   co n s tr ain ed   n o d e )   w h ic h   i s   t h e n   r an d o m l y   s p lit    to   s e v er al  s ec r et  p ar ts ,   h o w ev er   th is   s tep s   i s   p er f o r m ed   af ter   an   a u th e n tica tio n   p r o ce d u r b et w ee n   a   6 lo W P A h o s ( H)   a n d   ea ch   6 lo W P A N   r o u ter s   ( R i ) .   E ac h   p ar o f     th s ec r et   k e y   is   en cr y p ted   an d     s en to   co r r esp o n d in g   6 lo W P A r o u ter   ( R i )   b y   6 lo W P A h o s t( H) ,   th is   latter   u s s y m m e tr i alg o r ith m     b as ed   s h ar ed   k e y   f o r   en cr y p tio n   an d   MA C   ( m es s a g au th e n tica tio n   co d e)   to   en s u r au th e n ticatio n .   O n ce   th 6 lo W P A N   r o u ter   ( R i )   r ec eiv es    its   co r r es p o n d in g   p ar o f   th s ec r et  k e y ,   it  d ec r y p ts   th m e s s a g th e n   th 6 lo W PA r o u ter   ( R i )   en cr y p ts   t h s a m m e s s a g u s i n g     p u b lic  k e y   e n cr y p tio n   a n d   s en d   it  to   th r em o te  s er v er ,   th a u th e n tica tio n   b et w ee n   t h 6 lo W P A r o u ter s   an d   r e m o te  s er v er   e n s u r es   w it h   d i g ital  s i g n at u r e.   Af ter   r ec eiv in g   all  th p ar o f   s ec r et  k e y   b y   th r e m o te   s er v er ,   i t   r ea s s e m b le s   th e   s h ar ed   s ec r et,   w h ic h   w ill b u s ed   to   d er iv f u r th er   k e y i n g   m ater ial s .         IN TERN ET   Re m o t e   S e r v e r     6 L BR   H   R 2   R 1   R   R   R   R   R 3   H   H   H   H   H   H   R   H   H   R m   K 1   K 2   K 3   K m   R i   H   R em o t e   S e r v e r     S e g 1 :   S y mm e t r i c   En c r y p t i o n   S e g 2 :   A s y mm e t r i c   En c r y p t i o n     H   R i   K i   6 L BR   6 L o W P A N   H o st   i th   6 L o W P A N   R o u t e r   P a r t i c i p a t e d     A c c e ss   c o n tro se rv e r   C e r t i f i c a t i o n               a u t h o r i t y   se r v e r     6 l o W P A N   B o r d e r   R o u t e r   i th   p a r t   o f   se c r e t   k e y   K   K   K   S e c re Ke y   T r u st   R e l a t i o n sh i p   W i t h o u t   s h a r e d   se c re t   6 Lo W PAN  n e tw o r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 6 2 2 3 6 3 1   3626   2 . 4 .   No t a t io ns   a nd   F o r m a l D escript io n   Du r in g   an   i n itia lizatio n   p h a s e,   th r eso u r ce - co n s tr ai n ed   6 lo W P A h o s ( H)   ca r ef u ll y   s elec ts   t h R 1 , …. . , R m   th a w ill  ass i s its   k e y   e x ch a n g e,   th is   o p er atio n   is   r ea lized   b etw ee n   t h an d   6 L B R   w h er t h is   latter   d eliv er s   to     th s elec ted   6 lo W P A r o u ter s   ( R i ) s   id en ti f ier s   ( I Ds),   th 6 L B R   r eli es  o n   th m o d el  o f   tr u s t   m a n a g e m e n t   f o r     s elec tio n   o f   6 lo W P A r o u ter s .   T ab le   1 .   Su m m ar izes   th e   n o tatio n s   u s ed   to   p r ese n t h e   ex ch a n g ed   m es s ag e s ,   an d   Fi g u r 4   illu s tr ate  t h s u cc ee d in g   s tep s   o f   o u r   p r o to co l.       T ab le  1 .   T h n o tat io n s   u s ed   in   ex ch a n g ed   m es s ag e s   N o t a t i o n   D e scri p t i o n   H   6 L o W P A N   H o st   R i   I th 6 L o W P A N   R o u t e r   AC   A c c e ss  C o n t r o l   S e r v e r   RS   R e mo t e   S e r v e r   CA   C e r t i f i c a t i o n   A u t h o r i t y   N X   N o n c e   g e n e r a t e d   b y   n o d e   X   K X - Y   S h a r e d   p a i r w i se   k e y   b e t w e e n   X   a n d   Y   K pu b l i c - X   P u b l i c   k e y   o f   n o d e   X   ( me ssag e ) K   M e ssag e   e n c r y p t e d   w i t h   t h e   k e y   K   S i g n X   X s d i g i t a l   s i g n a t u r e   M A C   M e ssag e   A u t h e n t i c a t i o n   C o d e   K i   P a r t   o f   se c r e t   K e y   K   K   S e c r e t   K e y   K   C e r t X   X s C e r t i f i c a t e   d e l i v e r e d   b y   C A   l i f e t i me X   X s Key   l i f e t i me   T i c k e t   R i   ( H ,   R i   , K H R i li f e t i m e R i , C e r t R i , N H )       Ste ps   1 6 lo W P A h o s t( H)   i n itiate s   t h p r o to co b y   s en d i n g   Hello _ m es s ag to   r em o te  s er v er   ( R S).   T h is   m e s s a g co n tai n s   th s ec u r it y   p o licies  as s o ci ated   to   th 6 lo W P A h o s ( H)   lik en cr y p tio n   alg o r ith m s ,   li f et i m e,   a n d   co m p r e s s io n   m et h o d s .   etc.   th R r esp o n s e s   w it h   Hello _ R S   m es s ag w h er it   s elec ts   ap p r o p r iates  alg o r ith m s .   T h ex c h a n g ed   m ess a g es  in cl u d th n o n ce   to   p r o tect  ag ain s r ep la y   m es s ag e.   Ste ps   2 w h e n   th e   co n n ec tio n   b et w ee n   t h 6 lo W P A N   h o s t   ( H)   an d   t h r e m o te  s er v er   i s   s u cc ee d ,   th 6 lo W P A h o s ( H)   r eq u est s   AC   s er v er   to   o b tain   t h s ec u r i t y - r elate d   in f o r m at io n s   f o r   6 lo W P A r o u ter s   ( R i in v o l v ed .   T h r eq u est   m e s s a g id en ti f ies  th e   6 lo W P A r o u ter s   ( R i )   a n d   6 lo W P A h o s ( H) ,   w h i le  also   in cl u d in g   n o n ce .   T h is   m e s s ag is   en cr y p ted   w it h   p r e - s h a r ed   k e y   K H - AC .   T h A C   s er v er   r esp o n s es  w it h   t h e   en cr y p ted   m e s s a g co n tai n   t h s ec r et  s h ar ed   k e y   K H R i   b etw ee n   an d   R i   p lu s   6 lo W P A h o s t   ( H) s   I an d   th n o n ce .   A l s o   th e   A C   b u ild s   an   a u th e n tica tio n   m o d el  co n t ain s   th s ec u r i t y   in f o r m atio n   ab o u R ( Ti c k e t R i an d   s en d s   i to g et h er   w ith   t o k en   co n tai n i n g   th id e n ti f ica tio n   an d   n o n ce   o f   6 lo W P A h o s ( H)   to   ea ch   6 lo W P A r o u ter   R i .   W h en   e ac h   6 lo W P A r o u ter   ( R i )   r ec eiv e s   t h i s   m e s s a g e,   it  co m p ar es  th i n f o r m atio n   co n tain ed   i n   t h t w o   to k e n s   r ec eiv ed   in   o r d er   to   au th e n ticate  t h h o s ( H) .   I n   t h e   ca s o f   s u cc ess f u l   au th e n tica tio n ,   ea ch   6 lo W P AN  r o u ter   ( R i )   is   p o s s ess   t h s h ar ed   s ec r et  k e y   K H R i .   T h r ep ly   m ess a g i s   en cr y p ted   w it h   th i s   k e y   an d   ca r r ies to   6 lo w p a n   Ho s t ( H)   w it h   n o n ce .   Ste 3 if   s tep   2   is   s u cc ee d   ,   n o w   t h 6 lo W P A h o s t( H)   s en d s   t h m es s a g w itch   i n f o r m s   ea ch   6 lo W P A r o u ter ( R i )   ab o u r e m o te  s er v er   id en t it y   ,   th is   m e s s a g co n tai n s   t h R S s   I a n d     en cr y p ted   w i th     K H R i ,   p lu s   a   Me s s ag e   A u th e n ticat i o n   C o d e.   Af ter   R i   r ec eiv ed   t h m es s ag e,   it  p r o v id es  th e   R w i th   t h eir   ce r tif icate   co n tai n i n g   it s   p u b l ic  k e y   ( d eliv er ed   b y   C A ) .   I n   ad d itio n ,   it  r eq u ests   th ce r tific ate  o f   R S.  I n   th e   r esp o n s o f   th i s   m es s ag e ,   R s en d s   r eq u ir e   in f o r m atio n .   T h No n ce   is   also   in clu d ed   in   th ex c h an g ed   m es s ag e s   to   p r ev en t r ep la y   att ac k s .     Ste 4   i n   t h is   s tep ,   t h 6 lo W P A h o s t   ( H)   g e n er ates  th e   s ec r et  Ke y   w h ic h   w il b u s ed   later   to   g en er ate  f u r th er   k e y i n g   m a ter i als  at  b o th   a n d   R s id es.  T h s ec r et  is   s p lit  i n to   K 1 ,   K 2 , ……K m   p ar ts   .   E ac h   p ar K i   is   en cr y p ted   w ith   s y m m etr ic  m et h o d s   an d   s ec u r el y   s e n w it h   M A C   to   t h ap p r o p r iate  6 l o W P A N   r o u ter   (R i )   in     t h m es s ag . A t   th le v el  o f   ea c h   6 lo W P A r o u ter   R i ,   ea ch   R i   u s e s   R S s   p u b lic  k e y   to   e n cr y p t   m es s ag e .   T h is   m es s a g co n ta in s   t h s ec r et   p ar K i   a n d   R i s   s i g n at u r e.   R v er if ie s   t h e   a u th e n tic it y   o f   ea ch   m es s ag e   u s i n g   R i s   p u b lic   k e y .   I f   all   th e   m ess a g e s   ar r ec eiv ed   an d   a u t h en ticated   s u cc ef u ll y ,   t h e n   R S   r ec o n s tr u ct s   th s ec r et  K.   T h is   s ec r et  alo n g   w it h   t h p r ev io u s   ex c h an g ed   n o n ce   ar u s ed   to   d er iv f u r t h er   k e y   cr ed en tials .     T h n o n ce s   ar i n clu d ed   in   th m e s s a g es.   Ste 5 th i s   s tep   ter m in a tes  t h ex ch a n g es  m es s ag b y   p r o v in g   to   th k n o w led g o f   th e   s ec r et  K.   T h d er iv atio n   p r o ce s s   is   e n s u r ed   b y   h a s h   f u n ctio n   a g r ee d   u p o n   d u r in g   t h f ir s t   s tep .   B o th   p ar ties   ar t h en   ab le  to   d er iv s tate  co n n ec tio n   k e y s   f o r   en cr y p tio n   an d   au th e n ticatio n   o f   t h ex c h an g ed   d ata.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E fficien t E n d - to - E n d   S ec u r K ey   Ma n a g eme n t P r o to c o l fo r   I n tern et  o f Th in g s   ( Ya min a   B en   S lima n e )   3627           Fig u r 4 .   I llu s tr atio n   o f   th d i f f er en s tep s   an d   m es s ag e x ch an g e s   o f   o u r   p r o to co l       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   I n   th i s   s ec tio n ,   w p r o v id d etailed   an al y s is   o f   o u r   p r o p o s ed   k e y   m a n a g e m en p r o to co in   ter m s   o f   s ec u r it y   p r o p er ties th en   w p r esen te  t h v alid atio n   o f   o u r   p r o to co l   u s in g     av i s p   to o   an d   co m p ar es    th e   p er f o r m a n ce   o f   o u r   m o d el  w it h   o th er s   r esear c h   in   li ter atu r e.     3 . 1   Securit y   Ana ly s is   Ou r   an al y s i s   is   b ased   o n   s ec u r it y   p r o p er ties   o f   s ec u r it y   p r o to co ls   in   I o T   p r esen ted   in   [ 1 8 ]   [ 19 ].   F o r   th f o llo w i n g   d is c u s s io n ,   w e   co n s id er   t h at  o u r   co m m u n ica t io n   c h an n el  d i v id es   in to   t w o   s eg m e n t s   ( e x p lain ed   in   f ig u r 3 ) :     Co nfident ia lity th co n f id e n tialit y   o f   e x ch a n g m es s a g es  in   o u r   p r o to co l   is   r ea lized   in   t w o   s e g m e n t s .   Fo r   s eg 1 ,   th e   s y m m etr ic  e n cr y p t io n   i s   e f f ec t u at ed   w it h   t h e   s et  o f   p r e - s h ar ed   k e y s   d eli v er ed   f r o m   th e   tr u s ted   ac ce s s   s er v er   A C .   w e   p r ef er   t h c h o o s f o r   en cr y p tio n   al g o r ith m s   t h A E S - C C m o d t h at  d ef in e s   A E S - C B C   f o r   M AC   g en er atio n   w it h   A E S - C T R   f o r   en cr y p tio n   [ 20 ] .   Fo r   s eg   2 ,   th as y m m etr ic  en cr y p tio n   w it h   p u b lic  k e y   is   u s ed   f o r   en s u r in g   t h s ec u r it y   co m m u n icat io n   b et w ee n   en titi es.  W e   r ec o m m e n d   th e   u s E C DH  ( E llip tic  C u r v Di f f ie Hel l m a n   e x ch a n g e) .   T h C A   d eli v er s   th e   r eq u ir ed   ce r tif icate s   to   t h i n v o l v ed   en t ities .   O u r   p r o to co l c an   b r u n   p er io d ically   to   u p d ate  th e   esta b lis h ed   k e y s   i n   o r d er   t o   s tr en g t h en   co n f id en ti alit y ,   an d   p r ev e n t lo n g   ter m   at tack s     I nte g rit y th r o u g h   th e   u s o f   MA C   ( Me s s ag e   Au th e n ticat io n   C o d e)   [ 2 1 ]   in   e x ch a n g ed   m e s s a g es  i n   s eg 1 ,   th d ata  h a v n o t b ee n   alter ed .   T h s am ai m   i s   en s u r ed   i n   s e g 2   b y   u s in g   t h d ig ital  s ig n at u r es,     Aut hentic a t io a nd   Aut ho r iza t io n th AC   s er v er   a s s u r es  t h au th e n ticat io n   o f   t h co m p o n e n t s   i n   6 lo W P A N   d o m ai n   an d   p o s s es s es a   tr u s ted   r elatio n s h ip   w it h   th r e m o te  s er v er .     F re s hn es s : to   av o id   an y   r ep lay   attac k s ,   w i n c lu d n o n ce   in   th d if f er en t e x c h an g ed   m e s s ag es.     E x t en s ibi lity   a nd   s ca la bil it y : in   o u r   m o d el,   it   is   ea s y   to   i n te g r ate  n e w   s en s o r .   T h is   later   r ec eiv es a   p r e - s h ar ed   k e y   w it h   ac ce s s   co n tr o s er v er   d u r in g   its   b o o ts tr ap p in g   p h ase   i n   n et w o r k . T h en ,   it  p ass   t h r o u g h   an   in itial izatio n   p h ase  a n d   r ec ei v s elec ted   6 lo w p a n   r o u ter s   I Ds t h at  t h eir   p ar ticip ated   in   its   k e y   ex c h a n g e   p r o to co l.     T h 6 L o W P A n et w o r k   i s   v u ln er ab le  f r o m   m a n y   k in d s   o f   attac k   li k r ep la y   attac k ,   D Do s   attac k ,   s in k h o le  attac k ,   w o r m h o le  at tack ,   r an k   attac k ,   etc.   Ou r   p r o to co p o s s ess     m ec h an is m s   t h at  p r o tect  th n et w o r k   f r o m     t h ef f ec o f   t h ese  attac k s ,   f o r   r ep lay   attac k   ,   w h a v i m p le m e n ted   th m ec h a n i s m s     o f   th n o n ce   i n   d i f f er en e x c h an g m es s ag e s   a n d   th m ec h a n is m s   o f   M AC   t h at  p r e v en t   m o d i f icatio n ,   alter atio n H   R i   AC   RS   H ELLO _ H   ( ,   S e c u r ity   Po li c y )     H ELLO _ RS  (  ,   S e c u r ity   Po li c y )   i   { 1 , . . , m }   ( ,   H ,   )_      i   { 1 , . . , m }   (H , )_    i   { 1 , . . , m }   ( (    )  , (H   ,   )_ )     { , . . , } ( )_   { , . . , } ( (RS,    ,   )_ ,   M AC )   { , . . , } ( ,  ,       ,   ,  )   { , . . , } (     , )   { , . . , } ( (   ,   _ ,   M AC )   { , . . , } ( ,      ,    )_   _    ( _ K   1   2   S te p   1   3     4   5   6   9       10    7   11 1   8   S te p   2   S te p   4   S te p   5   S te p   3   12   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 6 2 2 3 6 3 1   3628   in s er tio n   o f   m es s ag e s   b y   at tac k er .   T h r o u g h   t h a u t h en t icatio n   m ec h a n is m s   i n   o u r   p r o to co l   th at  i n s p ir ed   f r o m   Ker b er o s   p r o t o co [ 2 2 ] ,   th ac ce s s   co n tr o s er v er   ca n   c h ec k   id en tit y   o f   ea c h   n o d in   6 L o W P A n et w o r k .   So ,   it is   i m p o s s ib le  to   lau n ch   a n   at tack   li k s i n k h o le,   w o r m h o le  an d   DOS  attac k s .     3 . 2   F o r m a l V a lid a t io n Wit h Av i s pa   T o o l   T h A VI SP A   T o o [ 2 3 ]   is   a   p u s h - b u t to n   to o f o r   th Au to m ated   Valid atio n   o f   I n ter n et  Secu r it y   P r o to c o ls   an d   A p p licatio n s .   I t   p r o v id es  m o d u lar   a n d   ex p r ess i v f o r m al  la n g u a g f o r   s p ec if y in g   p r o to co ls   an d   th eir   s ec u r it y   p r o p er ties ,   an d   in teg r ate s   d if f er en b ac k - e n d s   t h at  i m p le m e n v ar iet y   o f   au to m atic   p r o to co an aly s is   tech n iq u e s   t o   illu s tr ate  w h e th er   t h ca n d id ate  p r o to co is   s af o r   n o t.  T h to o p r o v id es  tr ac h ig h   lig h ti n g   th s tep s   th at  h av led   to   th attac k .   I n   f a ct,   A VI SP A   is   co n s id er ed   as  an   ef f ec ti v to o f o r   th an al y s i s   o f   d if f er en I n t er n et  s ec u r it y   p r o to co ls   an d   ap p licatio n s .   I n   th liter atu r e,   s ev er al  s ec u r it y   p r o to co ls   h av b ee n   v ali d ate d   th r o u g h   A VI SP A   [ 2 4 ] ,   as   I KE ,   T L S,  AAA  p r o to co ls   o f   I E T F.  T h to o l   i m p le m en t s   th Do le v - Yao   in tr u d er   m o d el  [ 2 5 ]   ab le  t o   ea v esd r o p ,   in ter ce p m es s ag e s ,   in s er b o g u s   d ata,   o r   m o d i f y   tr a f f ic  p as s in g   th r o u g h .   A VI SP A   s u p p o r ts   m u ltip le   b ac k en d   m o d el  c h ec k er s .   So m o f   t h i m p o r tan t   b ac k - e n d   to o ls   u s ed   b y   A VI S P A   ar OFMC,  C l - AtSe,   S A T MC a n d   T A 4 SP .   T h s p ec if icatio n   lan g u ag HL P S L   is   u s ed   to   d escr ib e   th s ec u r it y   p r o to co as  s e q u en ce s   o f   ex ch a n g ed   m e s s a g es   b et w ee n   d if f er en t   en t ities .   T h ac t io n   o f   ea c h   e n tit y   i s   o r g a n ized   i n   m o d u le   ca lled   b asic  r o le.   Ho w ev er ,   t h in ter ac tio n s   o f   e n ti ties   ar d escr ib ed   b y   co m p o s i n g   m u lt ip le  b asi r o les  to g eth er   i n to   co m p o s ed   r o le.   I n   ad d itio n ,   th s ec u r it y   g o als  o f   th an a l y ze d   p r o to co l   ar s p ec if ied   i n   th g o al  s ec t io n   b ef o r lau n ch i n g   t h a n al y s i s .   T h f o r m al  v alid atio n   o f   o u r   p r o to co w a s   ac h iev ed   u s in g   A VI SP A   to o to   p r o v th n o n - v io latio n   o f   t h e   r eq u ir ed   s ec u r it y   p r o p er ties .   I n   o u r   m o d el,   w e   h a v e   f ir s d e f in ed   b as ic  r o le  to   d escr ib th ac tio n s   o f   th d i f f er en e n ti tie s   i n v o lv ed .   T h en ,   w h a v d escr ib ed   h o w   t h p ar ticip atin g   en t ities   in ter ac w i th   ea c h   o t h er   i n   co m p o s ed   r o le.   T h r esu lts   o f   th s i m u latio n   s h o w   th a o u r   p r o to co is   s a f e”   ag ain s O FMC   ( s ee   Fi g u r 5 ) ,   C L - AtSe  ( s ee   F ig u r 6 )   an d   S A T MC  ( s ee   Fi g u r 7 ) .   Ho w e v er ,   ag ai n s T A 4 SP   d atab ase,   th r esu lt  w as  I N C ONC L USI VE   ( s ee   Fi g u r 8 ) .   T h ese  r ep o r ts   o f   ea ch   b ac k e n d   m o d el  p r o d u ce d   b y   AVI SP A   to o ex p lai n ed   th at  o u r   p r o to co is   s af r eg ar d in g   t h s p ec i f ied   s ec u r it y   g o al.   I is   i m p o s s ib le  f o r   an   attac k er   to   v io late   an y   o f   t h s p ec if ied   s ec u r it y   p r o p er ties ,   an d   d is r u p t th f u n ctio n i n g   o f   th p r o to co l.           Fig u r e   5 .   B ac k - en d   A VI SP A   ( OFMC)           Fig u r e   6 .   B ac k - en d   A VI SP A   ( C L - AtSe)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E fficien t E n d - to - E n d   S ec u r K ey   Ma n a g eme n t P r o to c o l fo r   I n tern et  o f Th in g s   ( Ya min a   B en   S lima n e )   3629       Fig u r e   7 .   B ac k - en d   A VI SP A   ( S A T MC)           Fig u r 8 .   B ac k - en d   A VI SP A   ( T A 4 SP )       I n   o r d er   to   d eter m i n th p er f o r m a n ce   o f   o u r   p r o p o s ed   p r o to co l,  w co m p ar ed   o u r   k e y   ex ch an g s c h e m ag ain s t o th er s   s ch e m e s .     As s e en   in   tab le  2 ,   o n o f   t h m aj o r   d if f er e n ce s   b et w ee n   th p r o p o s ed   m et h o d   an d   o th er   m e n tio n ed   m eth o d s   i s   th at  w p r o p o s an   au t h en t icatio n   p h ase    i n   o u r   p r o to co l w i th o u t in cr ea s in g     co m p u tatio n al  an d   s to r ag co s t in   6 L o W P A n et w o r k   s p ec i all y   f o r   6 L B R   an d   r o u ter   (R i ).   f o r   ex a m p le  i n   S A KE S   [ 2 6 ] ,   th er e   is   o n 6 lo W P A r o u ter   o n l y   t h at  p ar tici p ates in   k e y   estab li s h e m e n t sc h e m u s in g   DH   ( Dif f ie Hell m an )   al g o r ith m .   T h u s ,   th s to r ag an d   co m p u tati o n al  co s t in   6 L o W P A r o u ter   au g m e n te.   Un l ik S A KE S ,   th p r o p o s ed   m o d el  u s e s   th s e lectio n ed   s et  o f   r o u t er s   b ased   o n   tr u s m o d el  a n d   em p lo y   t h cr y p to g r ap h ic  alg o r it h m   E C D ( E llip tic  C u r v Di f f ie He l l m an )   t h at  it s   co n s id er ab le  as   lig h t w ei g h alg o r ith m     m o r t h an   DH  f o r   co n s tr ain ed   d ev ice  .       An o th er   ad v an ta g e   o f   t h e   p r o p o s ed   m et h o d   is   t h u s ed     o f   an   ac ce s s   co n tr o s er v er   t h at  e n s u r au to r is atio n   an d   a u t h e n ticatio n   i n   6 L o W P A n et w o r k   a n d   d ec r ea s th s to r ag co s t   i n   6 L B R ,     f o r   e x a m p le   in   [ 2 7 ] - [ 2 8 ]   d id   n o t p r o p o s ed   th au t h en t icatio n   s y s te m   i n   6 L o W P A n et w o r k .   H o w ev er   i n   S A KE S,  t h er is     a n   m o d u le  i n   b o r d er   r o u ter   th at  en s u r au t h e n ticatio n   in   6 L o W P A n et w o r k ,   b u t h is   m ec an is m   i n cr ea s es  th e   s to r ag co s t in   6 L B R   W h ic h   l ea d s   to   th n et w o r k     ca n n o t b e   ea s il y   e x te n d .       T ab le  2 .   Su m m ar izes t h d if f e r en ts   m etr ics o f   co m p ar ai s o n   M e t h o d s   A u t h e n t i c a t i o n   i n   6 L o W P A N   n e t w o r k   S t o r a g e   c o st   i n   b o r d e r   r o u t e r   ( 6 L B R )   C o mp u t a t i o n a l   c o st   i n   6 L o W P A N   r o u t e r   (R i )   En c r y p t i o n   a l g o r i t h ms   S c a l a b i l i t y   &   e x t e n si b i l i t y   R e si l i a n c e     S A K ES   [ 2 6 ]   +   x   x   x   +   +   S e c u r e   c o mm u n i c a t i o n   i n   I P - b a se d   w i r l e ss  se n so r   n e t w o r k s v i a   a   t r u st e d   g a t e w a y   [ 2 7 ]   -   x   *   *   -   +   S e c u r e   a n d   C o st - e f f e c t i v e   A p p l i c a t i o n   L a y e r   P r o t o c o l   w i t h   A u t h e n t i c a t i o n   I n t e r o p e r a b i l i t y   f o r   I O T   [ 2 8 ]   -   *   *   *   -   +     O u r   p r o t o c o l     +   *   *   *   +   +   W h e r e +,  - ,   x , * d e n o t e   r e sp e c t i v e l y :   su p p o r t e d ,   n o t   s u p p o r t e d , I mp o r t a n t ,   L o w   i n   O v e r h e a d .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 6 2 2 3 6 3 1   3630   4.   CO NCLU SI O N   Dev ice  a n d   n et w o r k   co n s tr ai n ts   in   I o T   n ec ess itate  th e m p l o y ed   p r o to co ls   to   b tailo r ed   t o w ar d s   th e   s p ec ial  r eq u ir e m en t s   o f   I o T   n et w o r k   en v ir o n m e n ts ,   in   t h is   p ap er   w p r esen ted   k e y   m a n ag e m e n p r o to co l   s u itab le  co n s tr ai n t e n v ir o n m en ts   l ik 6 L o W P A n et w o r k ,   th is   p r o to co l   h as e s tab lis h ed     s h ar ed   s ec r et  k e y   b et w ee n   t h 6 L o w P AN  Ho s t   an d   r e m o te  s er v er   in   I P V 6   n et w o r k .   D u r in g   t h ex ec u tin g   p r o ce s s   o f   o u r   p r o to co l,   th e   co n s tr ai n ed   n o d u s o n l y   s y m m etr ic  c r y p to g r ap h y .   B esid es,  t h h ea v y   as y m m etr ic  cr y p to g r ap h y   i s   af f ec ted   to   s el ec ted   6 L o W P A r o u ter s .   I n   ad d itio n ,   au th e n ticatio n   s y s te m   in   6 L o w p a n   is   r ea lized   b y   AC   s er v er ,   th is   later   s to ck   a ll  s ec u r it y - r elate d   in f o r m a tio n   ab o u co m p o n en ts   o f   6 L o W P A n et w o r k .   T h is   m ec h a n is m   m iti g ate  t h o v er h ea d   s to r ag e   o f   s ec u r it y   i n f o r m atio n   i n   ea c h   n o d e.   T h s ec u r it y   p r o p er ties   ar s a tis f ied   i n   o u r   p r o to co l.  T h f u t u r w o r k   f o cu s   o n   t h ad ap tatio n   of   tr u s m a n ag e m e n p r o to co th at   allo w s   th 6 L B R   s e lects  t h e   tr u s ted   6 L o W P A N   R o u ter s .       RE F E R E NC E S   [1 ]   O.  V e rm e sa n ,   a n d   P .   F ries s,  In tern e o f   th i n g s - f ro m   re se a r c h   a n d   i n n o v a ti o n   to   m a rk e d e p lo y m e n t:   Riv e r   P u b l ish e rs A a lb o rg ,   2 0 1 4 .   [2 ]   F .   L ian g ,   L .   Zh a n g ,   a n d   P .   S u n ,   S tu d y   o n   th e   Ro u g h - se t - b a se d   Clu ste rin g   A lg o rit h m   f o S e n so Ne tw o rk s ,   Bu ll e ti n   o f   El e c trica E n g in e e rin g   a n d   I n fo rm a t ics ,   v o l.   3 ,   n o .   2 ,   p p .   7 7 - 9 0 ,   2 0 1 4 .   [3 ]   K.  A sh to n ,   T h a ‘in ter n e o f   th i n g s’ t h in g ,   RF iD  J o u rn a l ,   v o l.   2 2 ,   n o .   7 ,   p p .   9 7 - 1 1 4 ,   2 0 0 9 .   [4 ]   C.   Bo rm a n n ,   6 L o W P A N R o a d m a p   a n d   Im p lem e n tatio n   G u id e ,   2 0 1 3 .   [5 ]   B.   Oz d e n izc i,   V .   C o sk u n ,   a n d   K .   Ok ,   NFC  in tern a l:   A n   i n d o o n a v ig a ti o n   sy ste m ,   S e n so rs ,   v o l .   1 5 ,   n o .   4 ,   p p .   7 5 7 1 - 7 5 9 5 ,   2 0 1 5 .   [6 ]   F .   F e rd ian t i,   a n d   Y.  T riy u s w o y o ,   Util iza ti o n   o f   Ne a F ield   Co m m u n ica ti o n   T e c h n o lo g y   f o L o y a lt y   M a n a g e m e n t T EL KOM NIKA  ( T e lec o mm u n ica t io n   C o mp u ti n g   E lec tro n ics   a n d   C o n tro l),   v o l .   1 1 ,   n o .   3 ,   p p .   6 1 7 - 6 2 4 ,   2 0 1 3 .   [7 ]   R.   Hu m m e n ,   H.  W irt z ,   J.  H.  Zi e g e ld o rf ,   J.  Hill e r,   a n d   K.  Weh rle,  T a il o rin g   e n d - to - e n d   I P   se c u rit y   p ro t o c o ls  to   th e   In tern e o f   T h in g s in   20 1 3   2 1 st  IEE In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   Ne two rk   Pro t o c o ls  ( ICNP) ,   2 0 1 3 ,   p p .   1 - 10.   [8 ]   J.  G ra n jal,   E.   M o n teiro ,   a n d   J.   S .   S il v a ,   En d - to - e n d   tran sp o r t - lay e se c u rit y   f o In tern e t - in te g ra ted   se n sin g   a p p li c a ti o n w it h   m u tu a a n d   d e l e g a te d   ECC  p u b l ic - k e y   a u th e n ti c a ti o n in   IFI Ne tw o rk in g   C o n fer e n c e ,   IEE E 2 0 1 3 ,   p p .   1 - 9.   [9 ]   Y.  B.   S a ied   a n d   A .   Oliv e re a u ,   D - HIP :   A   d istri b u ted   k e y   e x c h a n g e   sc h e m e   f o HIP - b a se d   I n tern e o f   T h in g s in   W o rld   o W ire les s,  M o b il e   a n d   M u lt ime d i a   Ne two rk (W o W M o M ), 2 0 1 2   IEE In ter n a ti o n a S y mp o si u o n   a ,   2 0 1 2 ,   p p .   1 - 7.   [1 0 ]   G .   M o n ten e g ro ,   N.  Ku sh a ln a g a r,   J.  Hu i,   a n d   D.  Cu ll e r,   T ra n sm is sio n   o f   IP v 6   p a c k e ts  o v e I EE 8 0 2 . 1 5 .   4   n e tw o rk s ,   2070 - 1 7 2 1 ,   2 0 0 7 .   [1 1 ]   J.  Hu a n d   P .   T h u b e rt,   Co m p re ss io n   f o rm a f o IP v 6   d a tag ra m s   o v e IEE 8 0 2 . 1 5 .   4 - b a se d   n e t w o rk s ,   In tern e p ro p o se d   sta n d a rd ,   RF 6 2 8 2 ,   2 0 1 1 .   [1 2 ]   J.  G r a n jal,   E.   M o n teir o ,   a n d   J.S .   S il v a ,   En a b li n g   n e tw o rk - la y e se c u rit y   o n   IP v 6   w irele ss   s e n so n e tw o rk s in   Glo b a T e l e c o mm u n ica ti o n s C o n f e re n c e   ( GLOBE COM   2 0 1 0 ) , 2 0 1 0   IEE E ,   2 0 1 0 ,   p p .   1 - 6.   [1 3 ]   S .   Ra z a ,   S .   Du q u e n n o y ,   T .   Ch u n g ,   D.  Ya z a r,   T .   V o ig t,   a n d   U.  Ro e d ig ,   S e c u rin g   c o m m u n ica ti o n   in   6 L o W P A N   w it h   c o m p re ss e d   IP se c in   2 0 1 1   In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   Distrib u ted   C o mp u ti n g   in   S e n so S y ste ms   a n d   W o rk sh o p s ( DCO S S ) ,   2 0 1 1 ,   p p .   1 - 8.   [1 4 ]   S .   Ra z a ,   H.  S h a f a g h ,   K.  He w a g e ,   R.   Hu m m e n ,   a n d   T .   V o ig t,   L it h e L ig h tw e i g h se c u re   Co A P   f o th e   i n tern e o f   th in g s IEE E   S e n s o rs   J o u r n a l ,   v o l.   13,   n o .   1 0 ,   p p .   3 7 1 1 - 3 7 2 0 ,   2 0 1 3 .   [1 5 ]   N.  Ku sh a ln a g a r,   G .   M o n ten e g ro ,   a n d   C.   S c h u m a c h e r,   IP v 6   o v e lo w - p o w e w ir e les p e rso n a a re a   n e t w o rk s   (6 L o W P A Ns ):  o v e rv ie w ,   a s su m p t io n s,  p ro b lem   sta te m e n t,   a n d   g o a l s ,   2 0 7 0 - 1 7 2 1 ,   2 0 0 7 .   [1 6 ]   L . M . S .   Co m m it tee ,   Pa rt  1 5 . 4 wi re les me d iu a c c e ss   c o n tro ( M AC)  a n d   p h y sic a l a y e ( PHY sp e c if ica ti o n fo r   lo w - ra te wi re les s p e rs o n a a re a   n e two rk s ( L R - W PA Ns) ,   2 0 0 3 .   [1 7 ]   J.P .   V a ss e u r,   a n d   A .   Du n k e ls,   In t e rc o n n e c ti n g   sm a rt  o b jec ts  wit h   i p T h e   n e x in ter n e t M o rg a n   Ka u fm a n n ,   2 0 1 0 .   [1 8 ]   K.T .   N g u y e n ,   M .   Lau re n t,   a n d   N.  Ou a lh a ,   S u rv e y   o n   se c u re   c o m m u n ica ti o n   p ro t o c o ls  f o th e   In tern e o f   T h in g s” ,   Ad   Ho c   Ne tw o rk s,   v o l.   3 2 ,   p p .   1 7 - 3 1 ,   2 0 1 5 .   [1 9 ]   R.   Ro m a n ,   C.   A lc a ra z ,   J.   L o p e z ,   a n d   N.  S k lav o s,  Ke y   m a n a g e m e n sy ste m s   f o se n so n e tw o rk s   in   th e   c o n tex o th e   In ter n e o f   T h in g s Co mp u ter &   El e c trica En g in e e rin g ,   v o l .   3 7 ,   n o .   2 ,   p p .   1 4 7 - 1 5 9 ,   2 0 1 1 .   [2 0 ]   M . J.  Dw o rk in ,   S p   8 0 0 - 3 8 c .   re c o m m e n d a ti o n   f o b l o c k   c ip h e m o d e s o f   o p e ra ti o n t h e   c c m   m o d e   fo a u th e n ti c a ti o n   a n d   c o n f id e n ti a li ty ,   2 0 0 4 .   [2 1 ]   Z.   G o n g ,   P .   Ha rtel,   S .   Nik o v a ,   S . H.  T a n g ,   a n d   B .   Z h u ,   T u L P A   f a m il y   o f   li g h tw e i g h m e ss a g e   a u th e n ti c a ti o n   c o d e s f o b o d y   se n so n e tw o rk s , J o u rn a o c o mp u ter   sc ien c e   a n d   t e c h n o l o g y ,   v o l .   2 9 ,   n o .   1 ,   p p .   5 3 - 6 8 ,   2 0 1 4 .   [2 2 ]   B. C.   Ne u m a n ,   a n d   T .   T s' o ,   Ke r b e ro s:  A n   a u th e n ti c a ti o n   se rv ice   f o c o m p u ter  n e tw o rk s ,   IEE C o mm u n ic a ti o n s   ma g a zi n e ,   v o l.   3 2 ,   n o .   9 ,   p p .   3 3 - 3 8 ,   1 9 9 4 .   [2 3 ]   Av isp a     a   to o f o a u t o m a ted   v a l id a ti o n   o f   in tern e se c u rit y   p ro to c o ls.   < h tt p :/ /w ww . a v isp a - p ro jec t. o rg > .   [2 4 ]   S .   M o e d e rsh e im   a n d   P .   Drie lsm a ,   A V IS P A   P ro jec De li v e ra b le  D6 .   2 S p e c if ica ti o n   o f   th e   P ro b l e m in   th e   Hig h - L e v e S p e c if ic a ti o n   L a n g u a g e   (2 0 0 3 ) ,   e d ,   1 9 9 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E fficien t E n d - to - E n d   S ec u r K ey   Ma n a g eme n t P r o to c o l fo r   I n tern et  o f Th in g s   ( Ya min a   B en   S lima n e )   3631   [2 5 ]   D.  Do lev   a n d   A .   Ya o ,   On   th e   S e c u rit y   o f   P u b l ic  Ke y   P ro d u c t s:  De p a rt m e n o Co m p u ter  S c i e n c e ,   S tan f o rd   Un iv e rsit y ,   1 9 8 1 .   [2 6 ]   H.R.   Hu ss e n ,   G . A .   T iz a z u ,   M .   T in g ,   T .   L e e ,   Y.  Ch o i,   a n d   K.H .   Kim ,   S A KES S e c u re   a u th e n ti c a ti o n   a n d   k e y   e sta b li sh m e n sc h e m e   f o M 2 M   c o m m u n ica ti o n   i n   t h e   I P - b a se d   w irele s se n so n e tw o rk   (6 L 0 W P A N) in   Ub iq u it o u s a n d   Fu t u re   Ne two rk ( ICUFN),   2 0 1 3   Fi ft h   I n ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n ,   2 0 1 3 ,   p p .   2 4 6 - 2 5 1 .   [2 7 ]   F .   V a n   d e n   A b e e le,  T .   V a n d e w in c k e le,  J.  Ho e b e k e ,   I.   M o e rm a n ,   a n d   P .   De m e e ste r,   S e c u re   c o m m u n ica ti o n   in   I P - b a se d   w irele ss   s e n so n e tw o rk v ia  a   tru ste d   g a te w a y , in   In telli g e n S e n s o rs ,   S e n so Ne two rk a n d   I n fo rm a ti o n   Pro c e ss in g   ( IS S NIP),   2 0 1 5   IEE E   T e n th   I n ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n ,   2 0 1 5 ,   p p .   1 - 6.   [2 8 ]   A . A .   Ch a v a n   a n d   M . K.  Nig h o t ,   S e c u re   a n d   Co st - e ff e c ti v e   A p p li c a ti o n   L a y e P ro to c o w it h   A u th e n ti c a ti o n   In tero p e ra b il it y   f o IOT , Pro c e d ia   Co m p u ter   S c ie n c e ,   v o l.   7 8 ,   p p .   6 4 6 - 6 5 1 ,   2 0 1 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.