I nte rna t io na l  J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b er   20 24 ,   p p .   7 1 8 6 ~ 7 1 9 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 14 i 6 . pp 7 1 8 6 - 7 1 9 7           7186       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Edg e int ern et  o f  t hing s ba sed sm a rt  ho me pa ss wo rdl ess   a uthent ica tion       M a ha   H ela l 1 ,   Abdu lla h Al da wsa ri 1 ,   M o us a   A l - Ak hra s 2 ,   B a y a n Abu Sha wa r 3 ,   H a ni O m a r 4   1 C o l l e g e   o f   C o m p u t i n g   a n d   I n f o r m a t i c s,  S a u d i   El e c t r o n i c   U n i v e r si t y ,   R i y a d h ,   S a u d i   A r a b i a   2 K i n g   A b d u l l a h   I I   S c h o o l   o f   I n f o r ma t i o n   Te c h n o l o g y ,   T h e   U n i v e r si t y   o f   J o r d a n ,   A m ma n ,   J o r d a n   3 C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   A l   A i n   U n i v e r si t y ,   A b u   D h a b i ,   U n i t e d   A r a b   Em i r a t e s   4 F a c u l t y   o f   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y ,   Za r q a   U n i v e r si t y ,   Z a r q a ,   J o r d a n       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 8 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   6 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Au g   1 4 ,   2 0 2 4       Th e   in tern e t  o f  t h in g s  (I o T)  h a s  t ra n sfo rm e d   t h e   wa y   a p p li a n c e s  a n d   d e v ice s  a re   c o n n e c ted   a n d   e sp e c ially   i n   th e   c a se   o f  sm a rt  h o m e s,  in   wh ich   sm a rt  d e v ice s  c a n   c o m m u n ica te  th ro u g h   n e two rk s  t o   imp ro v e   e v e ry d a y   a c ti v it ies .   Ho we v e r,   it   m i g h t   b e   d iffi c u l t  t o   p ro v id e   a   h ig h   le v e l  o f   se c u rit y   f o r  t h e   d a ta  p ro d u c e d   b y   t h e se   d e v ice s.  C u rr e n t  se c u rit y   m e c h a n ism s  m ig h t  n o t  a lwa y s  fu n c ti o n   a d e q u a tely   in   a ll   c ircu m sta n c e s,  e sp e c ially   wh e n   th e   n u m b e r  o f   d e v ice s  in c re a se s.  Th is  re se a r c h   p ro p o se s  a n   e d g e   Io T - b a se d   sm a rt  h o m e   a u th e n ti c a ti o n   sc h e m e   th a t   a d o p t s  IP v 6 .   F o r  d e v ice s  t h a t  u se   a   sm a rtp h o n e   a p p li c a ti o n ,   it   a lso   o ffe rs  a   p a ss wo rd les s  u se r  a u th e n ti c a ti o n   a p p r o a c h   th ro u g h   th e   u se   o f   th e   sm a rtp h o n e   ID   a n d   b io m e tri c s.  Th e   p ro p o se d   a u th e n ti c a ti o n   sc h e m e   wa s  sim u l a ted   to   v e rify   it s  e a se   o f  u se   a n d   se c u rit y .   S e c u rit y   a n d   c o st  a n a ly sis  wa s  a lso   p e rfo rm e d   b y   re v iew in g   a n d   c o m p a rin g   th e   p ro p o se d   sc h e m e   with   p re v io u s  re se a rc h   o n   Io T   a u t h e n ti c a ti o n   sy ste m s.   Th is  re se a rc h   fin d s  th a t  th e   p r o p o se d   a u t h e n ti c a ti o n   sc h e m e   is  e fficie n t  a t  sh ield in g   h o m e   I o T  n e two rk s   fro m   p o ss ib le   a tt a c k s,  a s  we ll   a s  m a i n tain i n g   a   h ig h   lev e l  o f  u sa b il it y .   K ey w o r d s :   Au th en ticatio n     A u t o m a t e d   v a l i d at i o n   o f   i n t e r n e t   s e c u r i t y   p r o t o c o ls   a n d   a p p l i c a t i o n s   I n ter n et  o f   th in g s   Mu ltifa cto r   au th en ticatio n     On e - tim e  p ass wo r d s     Sm ar t h o m e   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ma h a  Hela l   C o lleg e  o f   C o m p u tin g   an d   I n f o r m atics,  Sau d i E lectr o n ic  U n iv er s ity   R iy ad h   1 1 6 7 3 ,   Sau d i A r ab ia   E m ail:  m h elal@ s eu . ed u . s a       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  in ter n et  o f   th in g s   ( I o T )   h as  b ee n   id en tifie d   as  th e  n ex t  r ea s o n ab le  ev o lu tio n ar y   ex p a n s io n   s tag e   o f   th e  I n ter n et  in to   th e  p h y s ical  wo r ld .   I o T   is   th e  wid esp r ea d   co n n ec tio n   o f   d ev ices  ca p ab le  o f   in ter ac tin g   with   o n e  an o th e r   an d   s h ar i n g   d ata  to   a  m o r e  e x ten s iv e  n etwo r k ,   f r o m   wh ich   t h e  s h ar ed   d ata  m ay   b e  u s ed   t o   ex tr ac t  v alu e.   E ac h   d ev ice  m u s t  h av e  a  u n iq u e  id en tifie r   a n d   r elies  o n   em b e d d ed   tec h n o lo g y   to   d etec t  an d   co llect  d ata  ab o u t  its elf   an d   its   s u r r o u n d in g s   an d   tr a n s m it  th em   to   o th er   d ev ices  o r   h o s ts .   Ho wev er ,   th e  ex p an s io n   o f   I o T   r en d e r s   th e  lo ca l  n etwo r k   b eh av i o r   alien   to   tr ad itio n al  n etwo r k   ad m in is tr ato r s   [ 1 ] .  Su b s eq u en tly ,   t h ese  d ev ices,   an d   th eir   d ata,   m u s t  b e  co n n ec ted   a n d   e x am in ed   to   m ak e  b etter   i n f o r m ed   ju d g m en ts .   W h ile  th e  tech n o lo g ical  h u r d les  ar e  in tr ig u in g   in   an d   o f   th em s elv es,  f r o m   an   in d u s tr ial  an d   b u s in ess   s tan d p o in t,  I o T   r ep r esen ts   tr em en d o u s   p o ten tial  to   h ar n ess   u n tap p ed   d ata  an d   k n o wled g e  to   r ev o lu tio n ize  a n d   c o n s tr u ct  n e w  in d u s tr ial  p r o ce s s es a n d   b u s in ess   m o d els.   Pre v io u s   r esear ch   h as  id en tif ied   th at  v ar io u s   d ef in itio n s   o f   I o T   ex is t  in   d if f er e n t  co n tex ts .   Fo r   in s tan ce ,   i )   Gar tn e r   [ 2 ]   d ef in e s   I o T   as  a   “n etwo r k   o f   p h y s ical  o b jects  th at  c o n tain   em b e d d ed   tec h n o lo g y   to   co m m u n icate   a n d   s en s e  o r   in t er ac t  with   th eir   in ter n al  s tates  o r   th e  e x ter n al  en v ir o n m en t” ;  ii )   I B M   [ 3 ]   r ef e r s   to   I o T   as  “a   n etwo r k   o f   p h y s i ca l  d ev ices,  v eh icles,  ap p lian c es,  an d   o th er   p h y s ical  o b jects  th at  ar e  em b ed d e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       E d g e  in tern et  o f th i n g s   b a s ed   s ma r t h o me  p a s s w o r d les s   a u th en tica tio n   ( Ma h a   Hela l )   7187   with   s en s o r s ,   s o f twar e,   an d   n etwo r k   co n n ec tiv ity ,   allo wi n g   th em   to   c o llect  an d   s h ar e   d ata” ;  an d   iii )   th e   I n ter n atio n al   Data   C o r p o r atio n   ( I DC )   [ 4 ]   r ef e r s   to   I o T   as  “ a  n etwo r k   o f   u n iq u ely   id e n tifia b le  en d p o in ts   ( o r   th in g s )   th at  co m m u n icate   with o u t h u m an   in ter ac tio n   u s in g   I P c o n n ec tiv ity ”  [ 5 ] .   R esear ch   in   2 0 2 1   f o r ec ast  th at  th e  n u m b er   o f   co n n ec ted   I o T   d ev ices  wo u ld   r ea ch   3 5 . 8 2   b illi o n   wo r ld wid e  th at   y ea r   an d   7 5 . 4 4   b illi o n   b y   2 0 2 5   [ 6 ] .  T h e   im p ac t  o f   I o T   is   p r e d icted   to   b e   asto n is h in g   in   th e   n ea r   f u tu r e  a n d   t h e  in cr ea s in g   co n n ec ted n ess   will  r ad icall y   alter   h o w  u s er s   in ter ac t  wi th   ev er y d ay   item s .   Mo r e  d ec is io n s   m ay   b e  m ad e  b ased   o n   ev i d en ce ,   r at h er   t h an   in tu itio n   o r   h a b it,  an d   d ata - d r iv en   d ec is io n   m ak in g   will  p r o v e  to   b e  m o r e   efficien t  an d   lu cr ativ e  in   ev er y d ay   o p er atio n s .   I n d u s tr y   p r o ce s s es  an d   s y s tem s   will  b e  b etter   co n tr o lled   an d   m o n ito r ed ,   in cr ea s in g   o v er all  s af ety .   Qu ality   o f   life   will  al s o   r is e  as  a   r esu lt  o f   th e  tim e,   m o n ey ,   an d   en er g y   s av in g s   ass o ciate d   with   th ese  im p r o v em en ts .   New   s er v ices  m ay   also   b e  d ev elo p e d   in   th e  r esu ltin g   d ata - r ich   en v ir o n m e n t,  en h an cin g   h u m an   well - b ei n g   [ 5 ] .   A  b u s in ess   th at  ad o p ts   I o T   c an   ex p ec t  im p r o v ed   s ec u r ity ,   ef f icien cy ,   an d   c o n v e n ien ce .   Haz ar d o u s   s ettin g s   an d   wo r k p lace s   ca n   b e  m o r e  p r ec is ely   q u a n tifi ed ,   a n d   r is k s   ca n   b e  co n tr o lled   m o r e  ea s ily .   I n cr ea s ed   k n o wled g e  a b o u t  wo r k in g   cir cu m s tan ce s   en ab les  ch o ices  to   en h an ce   c o m f o r t  an d ,   as  a  r esu lt,  p r o d u ctiv ity .   Fo r   ex am p le,   a  m o r e  lo ca lize d   th er m o s tat  m ay   in d icate   te m p er atu r e  v ar ian ce s   b etwe en   th e  d if f er e n t  ar ea s   in   ce r tain   wo r k p lace s .   Ad ju s tin g   th e   tem p er at u r e  o r   lig h tin g   in   p lace s   th at  a r e  b ein g   u s e d   co u ld   also   lo wer   en er g y   e x p en d itu r e  an d   in cr ea s e  efficien cy .   Mo n o to n o u s   ac tiv ities   co u ld   b e  au to m at ed ,   r esu ltin g   in   less   d o wn tim e  an d   in cr ea s ed   p r o d u ctiv ity ,   ac cu r ac y ,   an d   o u tco m es.  L ev er a g in g   th ese  ad v an tag es  en a b les  em p lo y er s   to   in cr ea s e  em p lo y ee   s atis f ac tio n   an d   r eten tio n ,   wh ich   c o u ld   r esu lt  in   in c r ea s ed   r ev en u es  an d   a   r ed u ctio n   in   th e  in v estme n t  i n v o lv e d   in   s taff  tu r n o v e r   [ 5 ] .   An o th er   p o s s ib le  u s e  o f   I o T   t ec h n o lo g y   is   in   th e  h o m e,   f o r   th e  p u r p o s es  o f   im p r o v in g   t h e  q u ality   o f   life ,   g r ea ter   s p en d in g   e f f icien cy ,   a n d   i n cr ea s ed   co n tr o l  o f   r eso u r ce s .   E d g e - b ased   I o T   c o m p u tin g   co n n ec ts   s m ar t  d ev ices,  p r o d u cts,  an d   a p p lian ce s   to   th e  I n ter n et  to   im p r o v e  t h e  co n s u m er   ex p er ie n ce .     W ith o u t  a  d o u b t,  ea ch   c h an g e  b r in g s   with   it  b o th   r ewa r d s   an d   o b s tacle s   th at  m u s t  b e  f ac ed .   Fo r   in s tan ce ,   s ec u r ity   p o s es  a   ch al len g e  in   th e   r ea lm   o f   I o T .   I t   is   ess en tial  to   estab lis h   an d   m ai n tain   p r in cip les  an d   f u n ctio n alities   th at  en s u r e  a   n etwo r k ’ s   f u n ctio n ality .   T h is   in clu d es  im p lem en tin g   m ea s u r es  s u ch   as  au th en ticatio n ,   co n f id en tiality ,   en d - to - e n d   s ec u r ity ,   a n d   in te g r ity   [ 7 ] .   W ith   th e  g r o wth   o f   tech n o lo g y   an d   its   wid esp r ea d   u s e,   th er e  is   an   in cr ea s in g   n ee d   f o r   s ec u r e  m eth o d s   o f   co m m u n icatio n   a n d   p a s s wo r d   s to r ag e   [ 8 ] .  Desp ite  th e  ad v an ce m en ts   in   in ter n et - co n n ec ted   d e v ices,  o n lin e  ac co u n t  p ass wo r d s   ar e   s till   v u ln er ab le  to   th ef t,  cr ac k i n g ,   a n d   h ac k in g .   I t  is   ev en   p o s s ib le  f o r   f r au d s ter s   to   p u r c h ase  u s er   cr e d en tials   f r o m   o n lin e  m ed ia   p latf o r m s .   Nu m er o u s   d ata  b r ea ch es  h av e  o cc u r r e d   g lo b a lly ,   af f ec tin g   m a n y   in ter n atio n al  o r g an izatio n s .   T h er ef o r e,   p ass wo r d less   au th e n ticatio n   f ac ilit ates a   m o r e  s ec u r e  o n lin e   ac co u n t lo g in   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   W ith   r eg ar d   to   th e  a d v an ce m en ts   in   s m ar t  h o m e  ( SH)   tec h n o lo g ies,  I o T   d ata   m u s t  b e   p r o tecte d   to   en s u r e  a  h ig h   lev el  o f   s ec u r i ty   an d   r ea s o n ab le  r eliab ilit y .   Du e  to   th e  in cr ea s in g   n u m b er   o f   I o T   d e v ices,  h o wev er ,   c u r r e n t  ad d r ess in g   s y s tem s   an d   s ec u r ity   p r o to co ls   m ay   n o t  alwa y s   wo r k   ef f ec tiv ely ,   wh ich   lead s   to   s ec u r ity   v u ln e r ab ilit ies.  T h r o u g h o u t   th e  d ev elo p m en t  an d   o p er atio n   o f   d e v ices  an d   h u b s ,   p r io r itizin g   s ec u r ity   m ea s u r es  is   p ar am o u n t,  i n clu d in g   av ailab ilit y ,   a u th e n ticatio n ,   an d   k e y   m an a g em en t.  E n h an cin g   au th en ticatio n   m eth o d s   ca n   p r o v id e  a  s af e,   u s er - f r ien d ly ,   a n d   co n v en ien t  en v ir o n m en t  f o r   all  ty p es  o f   u s er s   wh o   wis h   to   u s e  SH I o T   s y s te m s .   T h is   r esear ch   co n tr ib u tes  to   t h e  b o d y   o f   k n o wled g e  b y   p r o p o s in g   a  m u ltifa cto r   p ass wo r d less   s ec u r e   au th en ticatio n   s ch em e.   T h e  p r o p o s ed   s ch em e  ad o p ts   in ter n e t  p r o to co l  v e r s io n   s ix   ( I Pv 6 )   a n d   p r o v id es  a  o n e - tim e  p ass wo r d   ( OT P),   b io m e tr ic  au th en ticatio n ,   u s er   an d   d ev ice  id en tific atio n ,   a n d   an   en cr y p tio n   k ey .   B y   d o in g   s o ,   t h e  s ch em e   aim s   to   ad d r ess   a  b alan ce   b etwe en   s ec u r ity   v er s u s   u s ab ilit y ,   wh ic h   m ea n s   in cr ea s in g   s ec u r ity   wh ile  r ed u cin g   co m p lex ity .   I n   ad d itio n ,   th e   p r o p o s ed   s ch em e  e n s u r es  a  o n e - tim e   s etu p   m ec h a n is m ,   as  well  as  en ab lin g   b io m etr ic  v er ificatio n   in   m o b ile  p h o n es  an d   elim in atin g   th e  u s e  o f   p as s wo r d s   th r o u g h   a    p ass wo r d less   au th en ticatio n   m eth o d .     T h e  r est  o f   th e  p ap er   is   o r g a n ized   as  f o llo ws.  Sectio n   2   d is cu s s es  r elate d   wo r k .   T h is   is   f o llo wed   b y   th e  d etails o f   th e  m eth o d o lo g y   in   s ec tio n   3 .   Sectio n   4   p r esen t s   th e  ex p er im en tal  r esu lts   an d   r elate d   d is cu s s io n .   Sectio n   5   co n cl u d es th is   wo r k   an d   o f f er s   d ir ec tio n s   f o r   f u tu r e   wo r k .       2.   RE L AT E D  WO RK   I o T   is   an   e m er g in g   co n ce p t   th at  is   in cr ea s in g ly   b ein g   ad o p ted   i n   th e  c o n tem p o r ar y   wir eless   telec o m m u n icatio n s   lan d s ca p e .   T h e  u n d er l y in g   p r i n cip le  o f   t h is   co n ce p t is th e  u b iq u ito u s   ex is ten ce   o f   d iv er s e  en titi es  o r   ar tifa cts,  in clu d in g   r ad io - f r eq u e n cy   id en tific ati o n   ( R FID )   tag s ,   s en s o r s ,   ac t u ato r s ,   an d   m o b ile  p h o n es.  T h ese  en titi es  p o s s ess   th e  ab ilit y   to   en g ag e  in   in ter ac tio n s   an d   co llab o r ate  with   n eig h b o r i n g   en titi es  to   ac h iev e  s h ar e d   o b jectiv es th r o u g h   d is tin ct  ad d r ess in g   m ec h an is m s   [ 1 1 ] .    T h e  f u n d a m en tal  ad v a n tag e  o f   I o T   id ea   lies   in   its   s u b s tan ti al  im p ac t  o n   v ar io u s   asp ec ts   o f   ev er y d a y   life   an d   th e   b eh a v io r   o f   p o t en tial  co n s u m er s .   I o T   is   ex p ec ted   to   h a v e  s ig n if ican t  im p licatio n s   f o r   b o th   p r o f ess io n al  an d   d o m esti c  d o m ain s ,   as  p er ce iv ed   b y   in d iv id u al  u s er s .   I n   th e  g i v en   co n tex t,  p o ten tial   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 8 6 - 7 1 9 7   7188   ap p licatio n   s ce n ar io s   in   th e  n ea r   f u tu r e,   s u ch   as  h o m e  au t o m atio n ,   ass is ted   liv in g ,   e - h e alth ,   an d   en h a n ce d   lear n in g ,   r e p r esen t  a  lim ited   s elec tio n   o f   ex am p les  wh e r ein   th e  n ew  p ar a d ig m   is   e x p ec ted   to   h a v e  a  s u b s tan tial  im p ac t.  Fro m   th e   s tan d p o in t  o f   a  b u s in ess   u s er ,   th e  v alu e   o f   t h is   p h en o m en o n   is   p ar ticu lar l y   ev id en t  in   v a r io u s   f ield s ,   i n clu d in g   a u to m atio n   an d   in d u s tr ial  p r o d u ctio n ,   lo g is tics ,   b u s in ess /p r o ce s s   m an ag em en t,   an d   t h e  in tellig en t  tr an s p o r tatio n   o f   p eo p le  a n d   th in g s   [ 1 1 ] .   Fu r th er m o r e,   I o T   ca n   b e  u s ed   to   d ev elo p   s m ar t c ities ,   s m ar t g r i d s ,   an d   in tellig en t lo g is tics   [ 1 2 ] .   T h e  I n ter n et  h as  m ad e  p r o g r e s s   o v er   th e  y ea r s   b y   co n n ec ti n g   b illi o n s   o f   n o d es  wo r ld wi d e.   T h ese  n o d es  co m e  in   v ar io u s   s izes   an d   with   d if f er en t  ca p ab ilit i es  an d   co m p u tin g   ca p ac ities ,   en ab lin g   th em   to   s u p p o r t  a   wid e  r a n g e  o f   p o s s ib le  ap p licatio n s .   As  a  r esu lt,  th e  tr ad itio n al  I n ter n et   ev o lv e d   in to   I o T ,   wh ich   ca n   n o w  co n n ec t  o b jects  an d   in c o r p o r ate   in tellig en ce   in to   th e   s y s tem   to   an aly ze   s p ec if ic  d ata  f r o m   o b jects   in tellig en tly   an d   m ak e   au to n o m o u s   d ec is io n s   th at   ar e   b en e f icial.   T h er ef o r e,   I o T   h as  th e   p o ten tial  t o   cr ea t e   ap p licatio n s   an d   s er v ices th at  u s er s   co u ld   n o t p r ev i o u s ly   h a v e  im ag in ed   [ 1 3 ] .   As  s ta ted   ea r lier ,   I o T   d o es  n o t  h av e  a  u n if ied   ag r ee d - u p o n   d ef in itio n .   R ath er ,   d if f er e n t  g r o u p s ,   s u ch   as  ac ad em ics,  r esear ch er s ,   p r ac titi o n er s ,   in n o v ato r s ,   d ev el o p er s ,   an d   b u s in ess   ex ec u tiv es,  h av e  o f f er e d   th eir   o wn   in ter p r etatio n s   o f   th e   co n ce p t.  Ho wev e r ,   t h e  n o tio n   o f   I o T   is   co m m o n ly   attr ib u ted   to   Kev in   Ash to n ,   a   s p ec ialis t  in   in n o v atio n .   Alth o u g h   th ese  g r o u p s   h av e  d if f er en t  d ef in itio n s ,   th e y   all  ag r ee   th at  th e  in itial   iter atio n   o f   th e  I n ter n et  p r im ar ily   r ev o lv e d   ar o u n d   d ata  p r o d u ce d   b y   h u m an s ;  th e  n ex t  v er s io n   r ev o lv e s   ar o u n d   d ata  g en er ate d   b y   o b je cts   [ 1 4 ] .   A  co m p r e h en s iv e  d e s cr ip tio n   o f   I o T   is   th at  it  is   a  n etwo r k   o f   d ev ices  th at  ca n   o r g a n ize  th em s elv es   au to n o m o u s ly .   T h ese  d ev ic es  ar e  ca p ab le   o f   ex ch a n g in g   in f o r m atio n   an d   r eso u r ce s   am o n g   th em s elv es,  wh er eb y   th e y   ca n   r esp o n d   an d   ad ap t to   ev e n ts   an d   ch a n g es i n   th eir   en v ir o n m e n t  [ 1 4 ] .   I n ter esti n g ly ,   th e  co n ce p t  o f   I o T   wen t  th r o u g h   a   s er ies  o f   im p o r tan t  k e y   ev en ts ,   as  s u m m ar ized   in   p r ev io u s   r esear c h   [ 1 5 ] .    T h e  co n ce p t   o f   I o T   h as   b ec o m e  in c r ea s in g ly   p o p u lar   an d   wid ely   d is cu s s ed   in   th e   in f o r m atio n   tech n o lo g y   in d u s tr y .   Ov e r   th e   p ast  d ec ad e,   f o r   e x am p le,   I o T   h as  g ain ed   atten tio n   f o r   its   v is io n   o f   a   n etwo r k   in   wh ich   p h y s ical  o b jects  ca n   b e  co n n ec ted   an d   co m m u n icat e  with   ea ch   o th er   at  an y   tim e  an d   f r o m   an y wh er e   [ 1 6 ] .   B y   ass ig n in g   an   id e n tifie r   to   ea ch   o b ject,   I o T   cr ea tes  a   n etwo r k   th at  f ac ilit ates  co m m u n icatio n   b etwe en   h u m an s ,   b etwe en   h u m an s   an d   o b jects,  an d   b etwe en   th e  o b je cts  th em s elv es,  e s s en tially   co n n ec tin g   ev er y t h in g   in   th e   wo r ld   [ 1 7 ] .   Use  o f   I o T   en v is io n s   a   f u tu r e   in   w h ich   alm o s t  e v er y th i n g   ca n   b e  i n ter co n n ec te d   a n d   co m m u n icate   in tellig en tly .   W h er ea s   u s er s   u s u ally   ass o ciate d   a  “ c o n n ec tio n ”   with   d ev ice s   s u ch   as  s er v er s ,   lap to p s ,   tab lets ,   an d   p h o n es,  I o T   tak es  it  f u r th er   b y   c o n n e ctin g   s en s o r s   an d   ac t u ato r s   e m b ed d e d   in   o b jects  s u ch   as  r o ad s   o r   p ac em a k er s   th r o u g h   wir ed   o r   wir eless   n et wo r k s ,   an d   s o m etim es  u s in g   t h e  in ter n et  p r o to c o l  ( I P)   to   co n n ec t  to   th e  I n ter n et.   T h e  d ata  co llected   b y   th ese  n etwo r k s   ar e  th en   s en t  to   co m p u ter s   f o r   an aly s is .   W h en   o b jects  ca n   p er ce iv e   th eir   s u r r o u n d in g s   an d   co m m u n icate   with in   th em ,   t h ey   b ec o m e  to o ls   f o r   u n d er s tan d i n g   co m p lex ity   a n d   r esp o n d in g   q u ick ly .   T h is   tech n o lo g ical  ad v a n ce m en t  h as  im p r o v ed   m an y   asp ec ts ,   as  it  in v o lv es  th e  im p lem e n tatio n   o f   in f o r m atio n   s y s tem s   th at  ca n   f u n ctio n   in d ep en d en tly .   I n   p r ac tice,   I o T   r ef er s   to   th e  p r o ce s s   o f   co d in g   an d   co n n ec tin g   ev er y d ay   o b jects  s o   th at  th ey   ca n   b e   ea s ily   id en t if ied   an d   tr ac k ed   u s in g   th e  i n ter n et  [ 1 7 ] .   A  m aj o r   p ar t  o f   th e  e x is tin g   co n ten t  r e lated   to   I o T   h as  b ee n   d e v elo p ed   u s in g   R FID   tag s   an d   I P  ad d r ess es,  wh ich   ar e  co n n ec ted   t o   a  n etwo r k   [ 1 8 ] .   T h e  id ea   o f   th e  s m ar t  h o m e   b eg an   in   th e  late  1 9 6 0 s ,   w h en   co m p u ter   e n th u s iast s ,   s u ch   as  J im   Su th er lan d ,   b eg a n   i n s tallin g   c o m p u ter s   i n   th ei r   h o m es  f o r   v ar io u s   r ea s o n s   [ 1 9 ] .   W h en   p er s o n al  co m p u ter s   b ec am e  wid ely   av ailab le  in   th e  late  1 9 7 0 s ,   th e  o n - s ite  co n tr o l  an d   au t o m atio n   o f   h o u s eh o ld   ap p lian ce s   attr ac ted   en th u s iast s .   At  a  tim e  wh en   a  d o m esti c  I n ter n e t  s er v ice  was  n o t  y et  wid ely   ac ce s s ib le,   r em o te  co n tr o l   was  ac co m p lis h ed   v i a  d ec o d in g   d u al - to n e   m u lti - f r eq u en cy   s ig n als  s en t   o v er   tel ep h o n e   lin es  [ 1 9 ] .  Alth o u g h   r esear c h   in to   s m ar t  h o m es  h as  ad v an ce d ,   ac tu a l  u s e  r em ain s   v er y   lim ited .   Gr eich en   [ 2 0 ] ,   th e   d ev elo p m e n t  o f   th e   SH  m ar k e t  ca m e  af ter   a  d ec ad e   o f   s tu d y   an d   d ep lo y m en t.   Alth o u g h   it   is   an ticip ated   th at  o th er   n ee d s   m ay   em er g e  as  th e  co n ce p t  o f   th e  s m ar t  h o m e  m atu r es,  th e  k ey   r eq u i r em e n ts   d eter m in ed   in   p r ev io u s   r esear ch   in cl u d e  h eter o g en eity ,   s elf - co n fig u r a b i lity ,   ex ten s ib ilit y ,   co n tex t  a war en ess ,   u s ab ilit y ,   s ec u r ity   an d   p r iv ac y   p r o tectio n ,   as we ll a s   in tellig en ce   [ 1 9 ] .   Stalli n g s   et  a l.   [ 2 1 ]   n o ted   th at   in s u f f icien t  co n f id e n tiality ,   in teg r ity ,   an d   s ec u r ity   o f   d ata  in   I o T   ca n   p o ten tially   jeo p ar d ize   th e  tec h n o lo g y ’ s   b r o ad   ad o p tio n .   As  d is cu s s ed   b ef o r e,   s ec u r in g   I o T   d ev ices  is   f u r th e r   ex ac er b ated   b y   th eir   r eso u r c e - co n s tr ain ed   n atu r e,   wh ich   s u g g ests   th at  s o lu tio n s   f o r   attac k   m itig atio n   an d   p r iv ac y   p r o tectio n   th at  o p er at e  o n   c o n v e n tio n al  n etwo r k s   ca n n o t  ea s ily   b e  im p lem e n ted   o n   I o T   n etwo r k s .   On ce   an   I o T   d e v ice  is   h ac k ed ,   th e  attac k er   ca n   also   co n tr o l  h o w  th e  d ev ice  r o u tes  an d   f o r war d s   in f o r m atio n .   I n   ad d itio n ,   b y   tar g etin g   n etw o r k   d ev ices,  attac k er s   ca n   g ai n   ac ce s s   to   d ata  co llected   an d   tr an s m itted   b y   I o T   d ev ices.    Dig ital  u s er   au th e n ticatio n   e s tab lis h es  tr u s t  in   u s er   id e n titi es  s u p p lied   to   a n   in f o r m ati o n   s y s tem   elec tr o n ically .   T h e  a u th en tica ted   id en tity   m ay   b e   u s ed   t o   a s s es s   if   th e  a u th en ticated   p er s o n   is   p er m itted   to   ex ec u te  ce r tain   d u ties .   T h er e  ar e  f o u r   d is tin ct  m eth o d s   f o r   v er if y i n g   a   u s er ’ s   id e n tity ,   wh ich   m ay   b e  u s ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       E d g e  in tern et  o f th i n g s   b a s ed   s ma r t h o me  p a s s w o r d les s   a u th en tica tio n   ( Ma h a   Hela l )   7189   alo n e  o r   in   co m b in atio n :  i )   s o m eth in g   th e  p er s o n   k n o ws ,   ii )   s o m eth in g   th e  p er s o n   p o s s ess es ,   iii )   a  p h y s ical   ch ar ac ter is tic  o f   t h e  p e r s o n   ( i. e. ,   s tatic  b io m etr ics) ,   an d   iv )   a   ch ar ac ter is tic  o f   s o m eth in g   th e  p er s o n   d o es  ( i.e . ,  d y n am ic  b io m etr ics).   W h er e  m o r e  th a n   o n e   m eth o d   is   u s e d ,   th is   is   r ef er r e d   to   as  m u ltifa cto r   au th e n ticatio n .   T h e  ef f ec tiv e n ess   o f   au th e n ticatio n   s y s tem s   d ep en d s   o n   th e  n u m b e r   o f   elem en t s   th ey   in co r p o r ate.   I m p lem en tatio n   with   two   f ac to r s   is   co n s id er ed   s tr o n g er   th an   th at  with   o n e  f ac to r ,   an d   im p lem en tatio n s   with   th r ee   f ac to r s   ar e  b eliev e d   to   b e  ev en   s tr o n g e r   [ 2 1 ] .   Nu m e r o u s   s tu d ies  h av e  b ee n   co n d u cte d   o n   au t h en ticatio n   s y s tem s .   E ac h   s tu d y   ex p lo r ed   au th en ticatio n   f r o m   a  v ar iety   o f   p er s p ec tiv es.  Fo r   in s tan ce ,   o n e  co m p r eh en s iv e   o v er v iew  o f   ex is tin g   r esear c h e r   s ch em es c o n s id er ed   c r iter ia  an d   co m m o n alities   [ 2 2 ] .   I n   ass ess in g   wh at  a   p er s o n   k n o ws,  o n e   s tu d y   [ 1 2 ]   co m p ar ed   v a r io u s   a u th en ticatio n   s ch em es  an d   d is cu s s ed   in   d etail  th e   au th e n ticatio n   s ch em e  p r esen ted   i n   an o th er   p ap e r   [ 2 3 ] ,   wh ich   p r esen ted   th e  i d ea   o f   h av in g   a  co n tr o l  s er v er   f o r   m u ltip le  clo u d   s er v er s .   T h e  co n tr o l  s er v er   wo u ld   en s u r e  a u th en ticatio n   wh en   th e  clo u d   s er v er s   wer e  s p r ea d   o u t .   T o   ass ess   th e  au th en ticatio n ,   p ass wo r d ,   a n d   id en tity   m an a g em en t  ca p ab ilit y ,   th e  r esear ch er s   im p lem en ted   s ix   p r o ce d u r es:  clo u d   s er v er   r eg is tr atio n ,   u s er   r eg is tr atio n ,   r eg is ter in g   f o r   an   ac co u n t,  a u th en ticatio n ,   r esettin g   an d   u p d atin g   th e   p ass wo r d ,   an d   alter in g   o n e ’ s   id en tity .     An o th er   au th en ticatio n   s ch em e  p r o p o s ed   a  r eso u r ce - efficien t  s ec u r e  r em o te  u s er   au th en ticatio n   ( SR UA - I o T )   s tr ateg y   f o r   th e  in ter n et  en g i n ee r in g   task   f o r c e’ s   I Pv 6 - o v er - L o W PAN  ( 6 L o W PAN) - b ased   I o T   n etwo r k s   [ 2 4 ] .   T h e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   a u th en ticates  u s er s   b ef o r e   o b tain in g   r ea l - tim e   d ata  f r o m   s en s o r s   d ep lo y e d   in   6 L o W PAN - b ased   I o T   n etwo r k s .   T h e  tech n iq u e  ac co m p lis h es  th e  au th e n ticatio n   an d   k ey   estab lis h m en t  p r o ce d u r e  b y   u s in g   a  lig h tweig h t,  s ec u r e  h ash   alg o r ith m   ( SHA - 1 6 0 )   an d   an   ad v an ce d   en cr y p tio n   s tan d ar d   ( AE S - 1 9 2 ) .     A  n o v el  r em o te  u s er   au th e n ticatio n   ( R UA)   tech n iq u e  f o r   u s in g   s m ar t  ca r d s   to   au th e n ticate  u s er s   in   wir eless   s en s o r   n etwo r k s   h as  also   b ee n   d is cu s s ed   [ 2 5 ] .   T h e  r esear ch er s   f o u n d   th at   s m ar t  ca r d s   co u ld   au th en ticate  an d   o p er ate  I o T   d ev ices  b y   ca lcu latin g   a   s ess i o n   k e y   f r o m   th e  a u th en ticatio n   k ey .   I n   th e   s am e   co n tex t,  o th er   r esear c h   p r o p o s ed   an   au th e n ticatio n   s ch em e   b ased   o n   R UA  f o r   clo u d - I o T   ap p licatio n s   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .   T h e   s y s tem ’ s   s ec u r ity   d ef en s es  h av e   s ix   s tag es:  p r e - co m p u tatio n ,   r e g is tr atio n ,   lo g in ,   au t h en ticatio n ,   p ass wo r d   ch an g e ,   an d   s m ar t c ar d   r ev o ca tio n .     Ku m ar   an d   C h o u h an   [ 2 8 ]   p r o p o s e  a  s m ar t  ca r d - b ased   s ec u r e  ad d r ess in g   an d   au t h en ticatio n   ( SC SAA)   m eth o d   th at  u s es  s m ar t  ca r d s   to   g iv e  SH  ap p lia n ce s   an d   d e v ices  in d iv id u al  a d d r ess es.  T h e  m ain   co n tr ib u tio n   o f   th eir   wo r k   is   d iv id ed   in to   two   p a r ts :  s ec u r e  ad d r ess in g   an d   s ec u r e   a u th en ticatio n .   T h eir   m eth o d   u s es  a  g o o d   b alan ce   b etwe en   an   ad d r ess in g   s ch em e  an d   an   au th en ticatio n   s ch e m e  th at  ad o p ts   th e  m o b ile  I Pv 6   an d   a  s ec u r e  s ch em e  u tili zin g   m u ltifa cto r   au th en ticatio n   v ia  a  s m ar t  c ar d ,   p ass wo r d ,   an d   b io m etr ics.  T h eir   m eth o d   f o c u s es  o n   SH  I o T   ap p licatio n s   an d   h o w  to   allo w  r em o te  u s er s   to   co n tr o l  I o T   d ev ices  s ec u r ely .   A  d is tin ctiv e  id en tifie r   is   th e  m o d if ied   u n iq u e  6 4 - b it  i n ter f ac e  I D  ( I I D) .   Fo r   a u th en ticatio n   p u r p o s es,  th e  id en tific atio n   is   s av ed   o n   th e  u s er ’ s   s m ar t  ca r d ,   th e  ed g e  s er v er ,   an d   th e  h o m e  s er v er .   T h e  ed g e   s er v er   r ec eiv es   r eq u ests   f r o m   u s er s   f o r   ac ce s s   to   SH  d ev ice s   an d   a p p lian ce s   b y   en ca p s u la tin g   th e   I I D   b its   in   ea ch   p ac k et,   w h ich   co n tain s   th e  p ac k et’ s   f in al  6 4   b its   o f   t h e  I Pv 6   f o r m at.     Su b s eq u en tly ,   w h en   a  u s er   r e q u ests   a  p ac k et,   th e   ed g e   s er v er   r etr iev es  th e  I I D  b its   f r o m   t h at  p ac k et   an d   ch ec k s   th em   ag ain s t  th e  u n iq u e  id en tific atio n   p r e - s to r ed   in   th e  ed g e  s er v er   d atab as e.   T h e  h o m e  s er v er   s to r es  th is   6 4 - b it  o b ject  d u r i n g   th e   r eg is tr atio n   p r o ce s s   an d   s en d s   it   to   th e   u s er   e n d   v ia  a   s m ar t  ca r d .     Ku m ar   an d   C h o u h a n   [ 2 8 ]   lo g in   au th en ticatio n   p h ase  is   tr ig g er ed   wh en   th e  u s er   r ec eiv es  th e  s m ar t  ca r d   an d   s ess io n   k ey .   T h e  l o g in   a n d   a u th en ticatio n   p r o ce d u r e  ar e   b ased   o n   m u ltifa cto r   au th en ticati o n ,   wh ich   in clu d es   th r ee   ch ar ac ter is tics :  f ir s t,  s o m eth in g   y o u   k n o w  ( th e  p ass wo r d ) ;  s ec o n d ,   s o m eth in g   y o u   a r e  ( b io m etr ics);  an d   th ir d ,   s o m eth in g   y o u   h a v e  ( th e   s m ar t c ar d ) .   T h e  au th en ticatio n   s ch e m e  p r o p o s ed   in   th e  c u r r e n t  p ap er   is   an   en h an ce m en t  o f   K u m ar   an d   C h o u h an   [ 2 8 ]   s ch em e ,   wh ich   was  p r o p o s ed   to   e n ab le  ed g e  I o T - b ased   SH  d ev ices  to   m an ag e  au th en ticatio n   b y   p r esen tin g   th e  SC SAA  m eth o d .   I n   th is   r esear ch ,   th e  s m ar t c ar d   m o d el  is   en h an ce d   th r o u g h   a  m o b ile  p h o n e  b y   ad d in g   an   e x tr a  lay er   o f   p r o tectio n ,   an   OT P,  wh ile  m ain tain in g   b etter   u s er   u s ab ilit y   b y   u tili zin g   th e   en cr y p tio n   m eth o d   th r o u g h   a  u s er   au t h en ticatio n   s er v er   ( UAS)   to   p r o v id e  a   m u ch   m o r e   co n v en ien t   p ass wo r d less   au th en ticatio n   m eth o d o l o g y .   T h e r ef o r e,   th is   r esear ch   p r o p o s es  a  m u ltifa cto r   p ass wo r d less   s ec u r e  au th e n ticatio n   s ch em e   th at  u s es  I Pv 6   a n d   will  p r o v id e  an   OT P,  b io m etr ic  a u th en ticatio n ,   u s er   an d   d ev ice  id en tific atio n ,   an d   en cr y p tio n   k ey   f o r   p ass wo r d less   au th en ticatio n .       3.   M E T H O D    As  s tated   ea r lier ,   th is   r esear c h   b u ild s   o n   Ku m ar   an d   C h o u h an   [ 2 8 ]   s ch em e.   H o wev er ,   in s tead   o f   u s in g   a  s m ar t  ca r d ,   th e   p r o p o s ed   au th en ticatio n   d ep en d s   o n   th e  m o b ile  p h o n e  s u b s cr i b er   id en tity   m o d u le   ( SIM )   ca r d   f o r   u s er   r eg is tr a tio n .   I t   also   r elies  o n   a  m o b ile  au th en ticato r   ap p licatio n   to   p r o v id e  lo g in   au th en ticatio n   u s in g   OT P  o r   b io m etr ics ,   wh ich   ca n   b e  l im ited   b y   th e  s m ar t p h o n e  c ap ab ilit y   o f   eith e r   fin g er p r in t   o r   f ac e  r ec o g n itio n .   As  s h o wn   i n   Fig u r e   1 ,   th e   m ain   d iffer en ce   b etwe en   K u m ar   an d   C h o u h a n   [ 2 8 ]   s ch em e  an d   th e  s ch em e   p r o p o s ed   in   th is   r esear ch   is   m o b ile  p h o n e  en ab lem e n t,  wh ic h   will  in cr ea s e  th e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 8 6 - 7 1 9 7   7190   u s ab ilit y   an d   s ec u r ity   o f   u s in g   an d   co n tr o llin g   SH  d e v ices  an d   en titi es.  T h e   p r o p o s ed   a u t h en ticatio n   s ch em e  h as fiv e  m ain   co m p o n e n ts :   a.   Ho m e  g atew ay : E n a b les th e  d ev ice  to   co n n ec t to   th e  I n ter n e t in   a  h o m e   n etwo r k .   b.   UAS:   Sto r es  u s er   in f o r m atio n   s u ch   as  m o b ile  d e v ice  I D,   u s er   I D,   I P  ad d r ess ,   an d   a  p u b lic  k ey   f o r   au th en ticatio n   p u r p o s es.   c.   E d g e   n o d e   s e r v er   ( E NS) :   Acts  as   a  ce n tr alize d   s er v er   f o r   co n tr o llin g   an d   m o n ito r in g   asp ec ts   o f   th e   SH sy s tem .   d.   Sm ar t   home   s er v e r   ( SHS):   A s s ig n s   ad d r ess es   an d   id en tifie s   all  SH  d ev ices/ap p lian ce s .   I t  also   h an d les   th e  en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   o f   d ata  p ac k ets.  New   u s er s   c an   o n l y   r e g is ter   o n ce   th ey   ar e   s u cc ess f u lly   v alid ated   b y   th e  SHS.   e.   Sm ar t   h o m e   m o b ile   ap p licatio n :   Ser v es  as  th e   p latf o r m   u p o n   w h ich   u s er s   in te r ac t  an d   co m m u n icate   with   th e  SHS an d   th eir   co n n ec ted   d ev ices.           Fig u r e  1 .   C o m p a r is o n   o f   Ku m ar   an d   C h o u h an   [ 2 8 ]   au th e n ticatio n   ap p r o ac h   a n d   th e  p r o p o s ed   s ch em e       As  s u g g ested   in   Fig u r e  1 ,   Ku m ar   an d   C h o u h an   [ 2 8 ]   a u th e n ticatio n   s ch em e  co n s is ts   o f   s ix   p h ases :   in itial  p h ase,   ad d r ess in g   p h ase,   r eg is tr atio n   p h ase,   lo g in   au th en ticatio n   p h ase,   s ess io n   ag r ee m en t  p h ase,   an d   p ass wo r d   u p d ate  p h ase .   T h e  p r o p o s ed   au th e n ticatio n   s ch e m e  u s es  b o th   th e  in itial  p h ase  an d   t h e  ad d r ess in g   p h ase  with o u t a n y   m o d i f icatio n s .   Ho wev er ,   as th e  p r o p o s ed   s o lu tio n   is   a  p ass wo r d less   au th en ticatio n   s ch em e,   th e  last   p h ase  wa s   r em o v ed .   I n   ad d itio n ,   th e  r e g is tr atio n ,   lo g in ,   an d   s ess io n   ag r ee m en t  p h ases   wer e  en h an ce d   as f o llo ws.     3 . 1 .     Su m m a ry   o f   t he  enha ncem e nt  o f   t he  re g is t ra t i o n pha s e   I n   th e  p r o p o s ed   a u th en ticatio n   s ch em e,   th e  u s er   m a k es  a  r eq u est  to   th e  SH  m o b ile  ap p l icatio n   v ia  th e  u s er ’ s   SIM   ca r d ,   w h er eb y   th e  UAS  r ec eiv es  th e   r eg is tr atio n   r eq u est  an d   s en d s   an   OT P  ask in g   f o r   u s er   v er ificatio n .   T h e  OT P  will  ex p ir e  af ter   6 0   s ec o n d s   if   th e  u s er   is   n o t  v er if ied .   T h e  SH  m o b ile  ap p licatio n   will  s en d   th e  d ev ice  I D  an d   th e  u s e r ’ s   p u b lic  k e y   f o r   f u t u r e  p ass wo r d less   au th en ticatio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       E d g e  in tern et  o f th i n g s   b a s ed   s ma r t h o me  p a s s w o r d les s   a u th en tica tio n   ( Ma h a   Hela l )   7191   3 . 2 .     Su m m a ry   o f   t he  enha ncem e nt  o f   t he  lo g in a uthent ica t io n pha s e    As  ex p lain ed   in   th e  r e g is tr atio n   p h ase,   th e   u s er   will  u s e  a  r eg is ter ed   m o b ile  p h o n e  f o r   a n y   f u r th er   u s er   lo g in   attem p ts   to   th e   SH n etwo r k .   I n   th e  l o g in   p h ase,   th e  u s er   will p er f o r m   th e  f o llo win g   s tep s :   a.   T h e  u s er   will  lo g   in   th r o u g h   th e  SH  m o b ile  ap p licatio n   an d   s en d   th e  r eg is ter ed   p u b lic  k ey   to   th e  UAS   alo n g   with   t h e  b io m etr ic  v er i ficatio n   r esu lt  f r o m   th e  m o b il e  p h o n e.   T h e  UAS  will  v er if y   th e  in f o r m atio n   r ec eiv ed .   I f   it   is   n o t  c o r r ec t,   t h e  UAS  will  s en d   an   er r o r   m e s s ag e  to   th e  u s er .   I f   it  is   c o r r e ct,   th e  UAS   will   g en er ate  a  n ew  s ess io n   with   an   ex p ir y   tim e  lim it  o f   60   s ec o n d s ,   th en   e n cr y p t  it  u s in g   th e   u s er   p u b lic  k ey ,   an d   s en d   th e   s ess io n   in f o r m ati o n   to   th e   u s er .   b.   T h e  u s er   will  d ec r y p t  th e  m ess ag e  u s in g   a  p r iv ate  k ey ,   th en   tak e  th e  s es s io n   I D   an d   in itia te  a  co n n ec tio n   with   th e  E NS th at  h as th e  u s er   d ev ice  I D  b e f o r e  t h e  s ess io n   ex p ir es.   c.   T h e  E NS  will  v alid ate  th e  s ess io n   f r o m   th e  UAS  an d   a d d   th e  u s er   d ev ice  I D   to   th e  5 6 - b its   in   th e   ad d r ess in g   s ch em e  to   allo w  th e  u s er   ac ce s s   to   th e  S H  d ev ices/ap p lian ce s   an d   s av e  th e  s es s io n   in   d etail  in   th e  SHS.   T h e  b io m etr ic  v er ificatio n   ca n n o t  b e   m is u s ed   d u e  t o   th e  Go o g le  An d r o id   o r   Ap p le  iOS  m o b ile   p h o n e   o p e r atin g   s y s tem   [ 2 9 ] .   T h e  a p p licatio n   m u s t  in clu d e  a  s af eg u a r d   o r   en c r y p tio n   t o   p r o tect  b io m etr ic   d ata  f r o m   f r au d s ter   attac k s ,   r o b u s t  r eg is tr atio n   p r o ce d u r es,  a n d   p o licies  to   p r o tect  d ata  d u r in g   tr an s m is s io n   to   an d   s to r ag e  o n   co m p u ter   s er v er s   an d   to   s tr en g th en   b io m e tr ic  au th en ticatio n .   T h e  alg o r ith m   also   ex am in es  wh eth er   th e  s cr ee n   h as  r em ain ed   s tatic  o v er   a  ce r tain   p er io d   o f   tim e.   W h en   th e  u s er   lo g s   o u t  o r   th e  tim e  lim it   ex p ir es,  th e   s y s tem   r e - a u th en ticates  th e  u s er   u s in g   th at   in d iv id u al’ s   f i n g er p r in t,   an d   th e  u s er   ca n   s et  th e   s ess io n   tim eo u t a cc o r d in g   to   p r ef er en ce   [ 3 0 ] .     3 . 3 .     Su m m a ry   o f   t he  enha ncem e nt  o f   t he  s ess io n a g re em ent   ph a s e   T h is   p h ase  s h o ws  h o w  to   s af eg u ar d   n etwo r k   c o n n ec tio n s   an d   co n s tr u ct  a  s ess io n   k ey   ag r ee m en t   u s in g   s h ar ed   s ess io n   k ey s .   Af ter   r eg is tr atio n ,   ad d r ess in g ,   an d   lo g in   au th en ticatio n ,   th e  s ess io n   k ey   ag r ee m en t   s tag e  p r o tects  I o T   n etwo r k   p r iv ac y   an d   s ec u r ity   v ia  p s eu d o - id e n titi es   [ 2 8 ] .   T h e  u s er   r etr iev es  th e  p r io r   s ess io n   k ey   f r o m   a  m ess ag e  an d   v er if ies  th e  id en tity   with   th e  SH  m o b ile  ap p .   Valid   s es s io n s   co n tin u e  an d   in v alid   s ess io n s   ar e  d is ca r d ed .       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    T h is   s ec tio n   d is cu s s e s   h o w  t h e  p r o p o s ed   au th en ticatio n   s ch em e  b eh av e d   wh en   v a r io u s   ty p es  o f   attac k s   wer e  d etec ted .   T h e   s ec tio n   th en   a n aly ze s   th e  p er f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   au th e n ticatio n   s ch em e  an d   p r o v id es a   c o m p ar ativ e   an aly s is   b etwe en   th e  ex is tin g   au th e n ticatio n   s ch em e  an d   t h e  p r o p o s ed   o n e.     4 . 1 .     Sim ula t io n c o nfig ura t io n a n d set up     Au to m ated   v alid atio n   o f   in te r n et  s ec u r ity   p r o to co ls   an d   ap p licatio n s   ( AVI SP A)   is   a  to o l  th at  aim s   t o   ev alu ate  in ter n et  s ec u r ity   p r o t o co ls   an d   ap p licatio n s .   I t  u tili ze s   th e  h ig h - lev el  p r o to co l  s p ec if icatio n   lan g u ag e   ( HL PS L )   f o r   en co d in g .   HL P SL  is   a  m o d elin g   lan g u a g e  s p ec if ically   d esig n ed   f o r   s ec u r ity   p r o to co ls   an d   co m m u n icatio n .   I t  d e f in es  th e   ch ar ac ter is tics   o f   ea ch   p ar tic ip an t  in   a  s ce n ar io   with   ea ch   r o le  b ein g   d is tin ct   f r o m   t h e  o th e r s .   R o les  r ec eiv e   d ata  f r o m   p ar am eter s   an d   co m m u n icate   with   o th er   r o les  th r o u g h   ch a n n els.  T h e   HL PS L 2 I F  co n v er ter   is   u s ed   t o   co n v e r t  an   HL PS L   p r o t o co l  in to   a  s tan d ar d   i n ter m ed iate  f o r m at  ( I F).   T h is   I F  s tan d ar d   s er v es  as  in p u t  to   o n e  o f   f o u r   b ac k e n d s :  i )  On - t h e - f ly   m o d el - ch ec k er   ( OFMC ) ,   ii )  T r ee   a u to m ata   b ased   o n   au to m atic  ap p r o x im a tio n s   f o r   th e  an aly s is   o f   s ec u r i ty   p r o to c o ls   ( T A4 SP ) ,   iii )  C o n s tr ain t - lo g ic - b ased   attac k   s ea r ch er   ( CL - AtSe ) ,   o r   iv )  SAT - b ased   m o d el  c h ec k e r   ( SATM C ) .   T h ese  b ac k en d s   g en er ate  a n   o u tp u t   f o r m at  ( OF)   b ased   o n   t h eir   an aly s is .     T h e  p r o p o s ed   s ch em e  also   ad o p ts   th e  well - k n o w n   Do le v – Yao   ( DY)   th r ea t  m o d el   [ 2 8 ] ,   wh ich   o r ig in ated   in   1 9 8 3   an d   is   s till   co m m o n l y   u s ed   in   p r o to co l e v alu atio n .   I n   t h is   m o d el,   th e  n et wo r k   is   s h o wn   as a   s tar ,   with   th e  attac k er   as   th e  ce n ter   n o d e.   Acc o r d in g l y ,   all  co m m u n icatio n   is   m ed iated   b y   th e  attac k er ,   wh o   ca n   alter   m ess ag es,  p r e v en t  t h em   f r o m   r ea ch in g   th eir   in ten d ed   d esti n atio n ,   o r   d eliv er   th e m   in tact   [ 3 0 ] .   Un d er   th e  DY  m o d el,   o p p o n e n ts   ca n   ex ec u te  a  wid e  v ar iety   o f   d if f er en t  ass au lts .   T h e  o p p o n en t  em p l o y s   an   ag g r ess iv e  o r   p ass iv e  ass au lt  th at  s ev er ely   co m p r o m is es  th e  s y s tem   an d   co u ld   also   co u n ter f eit,   alter ,   o r   d elete   th e  co m m u n icatio n   r ec ei v ed .   I n   th e   p r o p o s ed   s ch em e,   r o le s   ar e  co n s id er e d   in   th e  s y s te m ,   in clu d i n g   t h e  User ,   E NS ,  SHS ,   an d   UAS .   Util izin g   th e  DY  th r ea t  m o d el,   s ev er al  p h ases   ar e  ev alu ated   o n   HL SP L   u s in g   th e  s h ar in g   o f   a  s ess io n   k ey   ( SK)   in   th e  p r o p o s ed   s ch em e.   T o   en s u r e  s ec u r ity ,   th e  p r o p o s ed   s ch em e’ s   r o les  ar e  ass es s ed   u s in g   th e  AVI SP A  to o l  with   C L - AtSe   b ac k en d s .   T h is   allo ws  tr u s ted   u s er s   to   v alid ate  s ec u r ity   in   th e  p r esen ce   o f   attac k er s   an d   p r e v en ts   r e p lay   attac k s .   T h e  p r o to c o l  s cr ip t   is   d esig n ed   i n   s u ch   a  wa y   th at   t h ese  attac k s   ca n n o t  co m p r o m is e  s ec u r ity .   B y   u til izin g   th e  C L - AtSe  m o d el  ch ec k er ,   all  d ef in ed   r o les  m ee t   th e  r eq u ir em en ts .   Fig u r e s   2 ( a)   an d   2 ( b )   p r esen t a   s cr ee n s h o t  f r o m   th e  s im u latio n   illu s tr atin g   h o w  ea ch   s ess i o n   an d   en v i r o n m e n t  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 8 6 - 7 1 9 7   7192   r o le  is   im p lem en ted   in   HL SP L   in s id e  th e  AVI SP A  to o l.  C AS+  lan g u ag e  is   also   u s ed   to   m ak e  th e  f o r m u latio n   an d   v er i f icatio n   o f   s ec u r ity   p r o to co ls   s im p le  an d   s tr aig h tf o r war d .           ( a)       ( b )     Fig u r e  2 .   Simu latio n   illu s tr atin g   h o w  ea c h   s ess io n   an d   e n v ir o n m en t r o le  is   im p lem en ted   i n   HL SP L   in s id e  th e  AVI SP A  to o l ( a)   C AS+  im p lem en tatio n   o f   th e  p r o p o s ed   p r o to co l a n d   ( b )   AVI SP A  test   r esu lt in   AtSe       4 . 1 . 1 .   User  ro le   T h e  u s er   r o le  d escr ib es  h o w  th e  u s er   in ter ac ts   with   t h e  SH  en v ir o n m e n t  an d   h o w  th e  u s er   au th en ticates a n d   co n n ec ts   th e   h o m e  d ev ices,  s u ch   as lig h ts ,   s ec u r ity   ca m er as,  an d   s en s o r s ,   s ec u r ely .   T h e  u s er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       E d g e  in tern et  o f th i n g s   b a s ed   s ma r t h o me  p a s s w o r d les s   a u th en tica tio n   ( Ma h a   Hela l )   7193   s tar ts   th e  co n n ec tio n   b y   s en d i n g   an   au th en ticatio n   r eq u est  to   th e  UAS,   p r o v id in g   u s er   d et ails :  u s er n am e,   u s er   id en tity ,   a n d   d ev ice   id en tity .   T h e  UAS  r ea cts  to   th e   r e q u est  in itiated   b y   th e   u s er   to   v er if y   h is /h er   f in g er p r i n t   u s in g   s m ar tp h o n e  b io m etr ics.  T h e  u s er   s en d s   th e  b io m etr ics  v er if icatio n   to   g et  a  s ess io n   I D  f r o m   th e  UAS  t o   u tili ze   with   th e  E NS.      4 . 1 . 2 .   UAS   ro le   T h e  UAS  is   r esp o n s ib le  f o r   cr ea tin g   th e  u s er   s ess io n   I D,   wh ich   is   v ital  to   th e  u s er   b ei n g   ab le  to   co n tr o l  th e  SH  d ev ices.  T h e   UAS  is   al s o   r esp o n s ib le  f o r   m a n ag in g   a u th en ticatio n   a n d   au t h o r izatio n .   T h e  g o a l   o f   h a v in g   th e  a u th en ticatio n   s er v er   o n   s ep ar ate  c o m p o n en ts   is   to   s ep ar ate  th is   cr itical  f u n ctio n   f r o m   o th e r   r o les,  wh ich   will  g r a n t  a   b et ter   s ec u r ity   la y er .   I n   Ku m ar   an d   C h o u h an   [ 2 8 ]   a u th en tic atio n   s ch em e,   th e   au th en ticatio n   is   co m b in ed   with   th e  E NS,  s o   th e  E NS  i s   r es p o n s ib le  f o r   b o t h   co n tr o llin g   an d   m o n ito r i n g   th e   SHS  an d   au t h en ticatin g   th e  u s er s .   Seg r eg atin g   th e   two   r o le s   in to   d if f er en t   co m p o n en ts   o r   s er v er s   will  g r an t   b etter   s ec u r ity .   I n   th e  ca s e  th at  th e  E NS  is   co m p r o m is ed ,   t h e  u s er   i n f o r m atio n   will  r e m a in   s af e  in   th e  UAS  an d   in   th e  ca s e  o f   an   in tr u d er   co m p r o m is in g   th e  UAS,   th e  E NS  ca n   s till   m o n ito r   an d   co n tr o l  th e  SHS  with o u t  b ein g   af f ec ted   b y   an   in tr u d er   in   th e  UAS.     4 . 1 . 3 .   E NS   ro le   T h e  r o le  o f   th e  E NS  is   to   ac t  as  a  s tag e  b etwe en   th e  UA S  an d   th e  SHS.  T h e  E NS  co n tr o ls   an d   m o n ito r s   th e  SHS  an d   p r o v id es  in f o r m atio n   to   th e  SHS  ab o u t  th e  u s er .   T h is   in f o r m atio n   in clu d es  th e  u s er   s ess io n   I D,   I P a d d r ess ,   d ev ice  I D,   an d   wh et h er   th e  a u th en tic atio n   s tatu s   is   v alid   o r   in v alid .       4 . 1 . 4 .   SH S   ro le   T h e  SHS  is   th e  cl o s est  lay er   to   th e  SH  d ev ices,  s u c h   as  li g h ts ,   telev is io n s ,   air   co n d itio n in g   u n its ,   p r in ter s ,   an d   cl o s ed - cir cu it  tel ev is io n .   T h e  SHS  h as  a  d ir ec t c o n n ec tio n   t o   th e  s m ar tp h o n e  u s er .   On ce   th e  u s er   h as  an   ac tiv e  an d   v alid   s ess i o n   I D,   th e  u s er   will  u tili ze   th e  s ess io n   I D  to   co m m u n icate   with   th e  SHS  an d   co n tr o l  an d   au to m ate  th e  h o m e  en v ir o n m e n t  r em o tely   an d   s ec u r ely .   T h e  SHS  u tili ze s   an   ex ce llen t   au th en ticatio n   s ch em e   an d   v er y   co n f i n ed   m et h o d s   s o   SH  u s er s   ca n   ac ce s s   th e  d ev ices  r e m o tely   an d   s ec u r ely   an d   th en   u tili ze   th e  h o m e  s er v er   co m p o n en ts .     4 . 2 .     Securit y   a na ly s is   o f   t he  pro po s ed  a uthent ica t io n schem e   T h er e  ar e   v ar io u s   ty p es  o f   at tack s   th at  co u ld   co m p r o m is e   th e  s ec u r ity   o f   SH  en v ir o n m en ts .   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th e  m o s t  wid ely   k n o wn   ty p es  o f   attac k s .   I t  d is cu s s es  h o w  th e  p r o p o s ed   au th en ticatio n   s ch em e  co u ld   in te r ac t w ith   d if f er en t ty p es o f   attac k s .     4 . 2 . 1 .   M a n - in - t he - m idd le  ( M I T M )   a nd   denia l - of - s er v ice  ( Do S)  a t t a c k s   An   in tr u d er   co u ld   b e   b etwe en   an y   two   co m p o n en ts   i n   th e   p r o p o s ed   au th e n ticatio n   s ch em e.   All  th e   d ata  tr an s m itted   b etwe en   th e   p r o p o s ed   s ch em e  ar e  e n cr y p te d .   T h e  o n ly   s id e  th e  attac k er   ca n   in v ad e   is   if   th e  in tr u d er   fin d s   th e  s ess io n   k ey .   I n   th at  ca s e,   th e  attac k er   ca n   u s e  th e  s es s io n   k ey   to   co m m u n i ca te  with   th e  SH S  an d   h ac k   t h e  SH  d e v ices.  T h e  p r o p o s ed   a u th en ticatio n   s ch em e  s o lv es  th is   is s u e  b y   u tili zin g   th e   tim estam p   co n d itio n ,   w h ich   will  b e  ca lcu lated :  if   th e  tim estam p   is   in   th e  r an g e,   th at  m ea n s   th e  co n n e ctio n   is   leg itima te;   o th er wis e,   th e  co n n ec tio n   is   d r o p p ed .   I n   th e   in s tan ce   th at   an   attac k e r   f o r g es  in f o r m atio n   an d   th e n   u s es  a  s ec r et  k ey   to   s en d   a   r eq u est  to   th e   h o m e  s er v er ,   t h e  in tr u d er   in iti ates  th e  r eq u est  an d   s en d s   it  to   th e  SHS.  T h e  SHS  th en   v er ifies   th e  tim estam p   an d   a n aly ze s   if   th ey   ar e   th e   s am e,   in   wh ich   ca s e  th e   tr an s ac t io n   is   ac ce p ted ; o th er wis e,   it  i s   r ejec ted .   On ce   th e   r eq u est  r ea ch es  th e  SHS,  th e  SHS  v er ifies   th e  S K,   wh ich   is   th e  s es s io n   k ey   f o r   th e  S HS,  an d   v er ifies   its   s ess io n   k ey   I D.   A  tim estam p   co n d itio n   d o es  n o t  s atis f y   th e  u p p er   lim it  r eq u ir em en t  o f   th e  tim estam p   if   an   attac k er   co m p r o m is es  th e  v e r ificatio n   p r o ce d u r e ,   as  s h o w n   in   t h e  f o llo win g   e q u atio n :   [ ( 2 − 1 ) ≤ ∆ ]   wh er e  2   an d   1   ar e  th e  first a n d   s e co n d   in s tan ce s .   I f   2   an d   1   ar e  in   th e  ac ce p t state,   b o th   ca n   au th en ticate   an d   co m m u n icate   m ess ag es  w ith   ea ch   o th er   s ec u r ely .   Similar ly ,   in   a  Do S  attac k ,   if   th e  atta ck er   s tar ts   s en d in g   an   en o r m o u s   n u m b er   o f   r eq u ests   th at  d o   n o t  m atc h   th e   tim estam p   co n d itio n ,   th e  s y s tem   will  d r o p   th e   co n n ec tio n .     4 . 2 . 2 .   I m perso na t io n a t t a ck s   I m p er s o n atio n   attac k s   ca n   h ap p en   in   th r ee   d iffer en t  way s :  i )   u s er   im p er s o n atio n ;  ii )   SHS  im p er s o n atio n ;  an d   iii )   d ev ic e  im p er s o n atio n .   Fo r   a  u s er   im p er s o n atio n   attac k ,   th e  in tr u d er   co m p u tes  th e   id en titi es,  s u ch   as  au th en ticat io n   b io m etr ics,  u s er   I D,   o r   d ev ice  I D,   a n d   ca lcu lates  th e   cu r r en t  tim estam p .   Ho wev er ,   with   th e  p r o p o s ed   s ch em e,   all  th e  r e q u ests   will  f ail  s in ce   th e  id en titi es  o f   th e  d ev ice  an d   th e  u s er   ar e  co n tin u o u s ly   u p d ated   b ec au s e  o f   th e   tim estam p   co n d itio n ,   an d   th e  v alu e  o f   th e   id e n tity   is   r eg en er ate d   r an d o m l y   ev er y   tim e  an d ,   th er ef o r e,   th e   in tr u d e r   ca n n o t d ete ct  it.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 8 6 - 7 1 9 7   7194   I n   th e  ca s e  o f   a n   SHS  im p e r s o n atio n   attac k ,   th e  attac k e r   attem p ts   to   d ec ip h er   a n   au t h en ticatio n   m ess ag e.   T h e   attac k er   also   ca lcu lates  th e  tim estam p   a n d   m a k es  th is   r eq u est  o n   b e h alf   o f   t h e  SHS  to   th e  u s er   en d   as  th e  f o llo win g    = ℎ (   ) | | ,   = ℎ (  ) .   T h e   u s er   v alid ates  th e   attac k er ’ s   au th en ticatio n   r e q u est.  Ho wev er ,   th e  s ec r et  k ey   an d   tim estam p   ar e  n o t  c o m p u ted   u s in g   r ea l  k ey s .   T h e  co m p u tatio n al  k ey s   an d   s ec r et  cr ed en tials   o f   th e  SHS  ca n n o t  b e  g u ess ed .   Fin ally ,   th e  attac k er   is   ca p ab le  o f   v io latin g   s ec u r ity ; h o we v er ,   th e  p r o p o s ed   s ch em e  p r o tects   co n f id e n tiality   ag ain s t th is   th r ea t.   I n   th e  ca s e  o f   a  d ev ice  im p e r s o n atio n   attac k ,   th e  in tr u d er   attem p ts   an   au th en ticatio n   m ess ag e  b y     = ℎ (     | |    | | | |  ) .   Su b s eq u e n tly ,   t h e  in tr u d er   ca lcu lates  th e  tim estam p   a n d   th e n   s en d s   an   au th en ticatio n   r eq u e s t  to   th e  u s er   th at  is   p r eten d i n g   to   h av e   o r ig i n ated   f r o m   th e  SHS.  T h e  u s er   will  v er if y   th e  a u th en ticatio n   r e q u est  as  th e  f o llo win g   ℎ (     | |    | | | |  ) .   Ho wev er ,   th e   tim estam p   an d   s ec r et  k ey   ar e  n o t  co m p u ted   u s in g   th e  ac tu al  k ey s .   I t  is   im p o s s ib le  to   g u ess   th e  s e s s io n   k ey   an d ,   th er e f o r e,   ev en   i f   th e  atta ck er   b r ea c h es th e  s y s tem ,   th e  p r o p o s ed   s ch em e  will st ill b e  m ain tain ed .     4 . 2 . 3 .   Ano ny m it y   a nd   un t ra ce a ble a t t a c k s   An o n y m ity   a n d   u n t r ac ea b le  at tack s   o cc u r   wh en   an   attac k er   p ass iv ely   lis ten s   to   th e  n etwo r k ,   with o u t   an y   i n ter ac tio n .   Ass u m in g   t h a t  th e  attac k e r   s n iffs   tr affic  b et wee n   th e   u s er   an d   th e   UAS,   t h e  attac k er   will  n o t  b e  ab le  to   r ea d   th e  m ess ag es  s in ce   th e  tr affic  is   en cr y p ted   b y   th e  u s er   id en tity .   A  r an d o m   n u m b er   is   g en er ate d   ev er y   tim e ,   wh ich   will  m ak e   d ec r y p tin g   th e   m ess ag es  im p o s s ib le  f o r   a n   in t r u d er .   T h er e f o r e,   if   a n   attac k er   b r ea ch es  th e  n etwo r k ,   th e  p r o p o s ed   s ch em e  will  p r o tect  th e   p r iv ac y   o f   th e  u s er ’ s   in f o r m a tio n   an d   m ess ag es.   I n   th e  in s tan ce   th at  an   in tr u d e r   o b s er v es  an d   ea v esd r o p s   o n   th e  co m m u n icatio n s   b etwe en   t h e  tr u s ted   u s er   an d   th e  SHS,  all  m es s ag es  ar e  co m p u ted   u s in g   a  s ec r et  p s eu d o - id en tity   an d   a  r a n d o m   n u m b e r   g en er ato r ,   m ak in g   ea v esd r o p p i n g   im p o s s ib le.   U s in g   a  tim estam p   with   ea c h   r eq u ested   p ac k et  will  en ab le  s u ch   ass au lts   to   b e   r esis ted   an d   r etain   an o n y m ity   an d   ad d r ess es th e  f ea r   o f   a n   at tack   b ein g   u n tr ac ea b le .     4 . 2 . 4 .   Dev ice  co m pro m is e  a t t a ck s   An   attac k er   m ay   also   co n d u ct  d ev ice  co m p r o m is e  attac k s   b y   ca p tu r i n g   u s er   d ev ices   an d   th e n   attem p tin g   to   s teal  th eir   s ec r et  p ar am eter s   an d   u n iq u e   I I D  b i ts .   T h e  attac k er   th e n   tr a n s m its   a  lo g in   r eq u est  t o   th e  SHS  ( I Din tr u d er ,  I Dd ivice ,  I Du s er ,  an d   b io m etr ics).   T h e  SHS  v alid ates  th e   r eq u est  an d   co m p u tes  th e   v ar iab le  f r o m   th e  I Ds.  Ho wev er ,   th e  SHS will r ejec t a n   u n au th o r ized   r e q u est s in ce   th e  attac k er   d id   n o t u s e  th e   tr u s ted   u s er   an d   d e v ice  s ec r et  id en titi es,  wh ich   o n l y   th e  t r u s ted   u s er   k n o ws.  E x is tin g   tech n iq u es  d o   n o t   o f f er   s ec u r ity   ag ain s t  d ev ice  c o m p r o m is e  attac k s ;  h o wev er ,   t h e  p r o p o s ed   a u th en ticatio n   s ch em e  ca n   p r o v id e  s ec u r ity   ag ain s t  th is   ty p e  o f   attac k   s u ch   th at  an   attac k er   ca n n o t  cir cu m v en t  th e  au th en tic atio n   p r o ce s s .   T h e  ad v an tag es  o f   t h e  p r o p o s ed   au th en ticatio n   s ch e m e,   esp ec ially   in   d e v ice  co m p r o m is e  attac k s ,   co m e  f r o m   h av in g   s ev e r al  lay er s   o f   a u th e n ticatio n   an d   m u ltip le  id en titi es.     4 . 2 . 5 .   Repla y   a t t a c k s   An   attac k er   m ay   in ter ce p t  all   co m m u n icatio n ,   ac q u ir e  s ec r et  p ar am eter s ,   an d   th e n   lau n c h   a   r ep lay   attac k   b y   tr a n s f er r in g   all  th e  i d en titi es  s to r ed   in   th e   u s er ’ s   s m ar tp h o n es,  s u ch   as  5 6 - b it - I I D  an d   8 - b it - I I D   at   tim estam p   T at  tack er ,   to   th e  S HS.  A  r ep lay   attac k   ca n n o t   b e   attem p ted   d u e   to   t h e  v er ificatio n   o f   th e   m ess ag e   tim estam p   an d   th e  tim e  i n ter v al  [ ( 2 − 1 ) ≤ ∆ ] ,   wh er e  T   is   th e  m u tu ally   ag r ee d - u p o n   u p p er   lim it   b etwe en   th e  tr u s ted   en titi es.   T h is   tim e - s en s i tiv e  co n d itio n   ap p lies   to   all  m es s ag es  r e ce iv ed   d u r in g   th e   co n v er s atio n .   Fin ally ,   th e  SHS  co m p u tes  a  tim e - b o u n d   to k en ,   r ejec ts   th e  attac k er ’ s   to k e n ,   an d   d e n ies  s ess io n   k ey   ac ce s s .   T h e   b e n efits   o f   h a v in g   a   m u t u ally   ag r ee d   tim e   a r e  cr u cial   in   th e   p r o p o s ed   au t h en ticatio n   s ch em e,   s in ce   it m ak es th e  au th en ticati o n   u n i q u e  a n d   s ec u r e  a n d   p r o v id es a   d ef en s e  ag ain s t m u ltip le   attac k s .     4 . 3 .     Ana ly s is   o f   t he  perf o rm a nce  o f   t he  pro po s ed  a uthent ica t io n schem e   Similar ly   to   th e  s ec u r ity   a n a ly s is   ab o v e,   th is   s ec tio n   d is c u s s es  th e  p er f o r m a n ce   an aly s is   o f   th e  p r o p o s ed   au th e n ticatio n   s ch e m e.   T h is   will  h elp   in   d eter m i n in g   th e  f ea s ib ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   s ch em e   th r o u g h   a  f u n ctio n al  c o m p a r is o n   an d   b y   co n s id er in g   th e  c o m m u n icatio n   co s ts .   Fu r th er   d etails ar e  d is cu s s ed   b elo w.     4 . 3 . 1 .   F un ct io na l c o m pa riso n   T h e  s ec u r ity   f u n ctio n ality   o f   th e  p r o p o s ed   s ch em e  was  c o m p ar ed   to   K u m ar   a n d   C h o u h an   [ 2 8 ]   au th en ticatio n   s ch em e .   T h e   p r o p o s ed   a u th en ticatio n   s ch em e  u tili ze s   th e  b en ef its   o f   th e   b io m et r ics  au th en ticatio n   in   a  s m ar tp h o n e,   wh ich   p r o v id es  co n v en ie n t  an d   e n h an ce d   s ec u r ity   f o r   th e  SH  u s er .   T h e   co n v en ie n ce   o f   t h e  p r o p o s ed   au th e n ticatio n   s ch em e   an d   it s   s ec u r ity   ar e   a   r esu lt  o f   t h e   s eg r eg atio n   o f   th e  au th en ticatio n   s er v e r .   B y   p la cin g   th e  UAS  b etwe en   th e  u s er   an d   th e  E NS,  th is   s tep   p lay s   a  v ital  r o le  in   s eg r eg atin g   th e  c o n tr o l  o f   th e   m o n ito r in g   f r o m   th e  a u th en tic atio n .     T h e  p r o p o s ed   s ch em e  allo ws  f o r   m u ltip le  lay e r s   o f   c o n tr o l  th at  p r o v id e   d ef e n s e  in   d e p th .   Af te r   s eg r eg atin g   t h e  a u th en ticatio n   s er v ice  f r o m   th e   co n tr o l  a n d   m o n ito r in g   s er v ice,   th e   s ch em e  o b tain s   s tr o n g   in - 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I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       E d g e  in tern et  o f th i n g s   b a s ed   s ma r t h o me  p a s s w o r d les s   a u th en tica tio n   ( Ma h a   Hela l )   7195   d ep th   s ec u r ity   b y   c h an g in g   th e  ar c h itectu r e.   Ho wev er ,   ad d in g   a n   au t h en ticatio n   s er v er   i n   a   d iffer en t   co m p o n en t  will  r esu lt  in   h ig h er   co s ts ,   as  m o r e  r eso u r ce s   ar e  n ee d ed .   Fu r th er m o r e,   th is   will  r esu lt  in   h ig h er   laten cy ,   m ain ly   if   th e  s ess io n   is   n o t  g en er ated ,   b ec au s e  th e  u s er   will  wai t  f o r   th e  s es s io n   cr ea tio n   an d   to   b e   g r an ted   ac ce s s   in   th e  E NS a n d   o n   th e  u s er   s id e.     4 . 3 . 2 .   Co mm un ica t io n c o s t   T h e  p r o p o s ed   s ch em e   ass u m es  th at  s m ar tp h o n e - b ased   id e n titi es  ar e  a   f ac to r ,   wh ich   in clu d es  u s er   b io m etr ics  an d   u n iq u e  id en tif icatio n   b its   f o r   b o th   th e  u s er   an d   th e  d ev ice.   Sm a r tp h o n e  I Ds  ar e  in clu d ed   in   ea ch   p ac k et  with o u t  in cr ea s i n g   its   s ize  o r   th e  o v er h ea d .   T h e  p r o p o s ed   s ch em e  u tili ze s   th e  p ar am eter s   as  ex is tin g   s ch em es  to   ca lcu late   th e  co m m u n icatio n   c o s t  o f   th e  d esig n ed   p r o to co l.  Fo r   e x am p le,   th e  g atew ay   id en tity   is   3 2   b its ,   th e  tim estam p   is   3 2   b its ,   th e  h ash   is   3 2   b its ,   an d   th e  s ess io n   k ey   ( SK)   is   3 2   b its .   A  n o n ce   r   an d   XOR   o p er atio n   also   tak e   u p   3 2   b its   an d   th e   len g th   o f   th e  s h ar ed   k ey s   is   1 6 0   b its .   I n   th e  p r o p o s ed   s ch em e,   th r ee   m ess ag es  ar e  u s ed   f o r   au th en ticatio n   an d   lo g in   p u r p o s e s   co m p ar ed   to   f iv e  m ess ag es  in   s im ilar   s ch em es.   T h is   r ed u ce s   th e  co m m u n icati o n   co s t to   9 5 9   b its ,   wh ich   is   s ig n if ican tly   lo wer   th an   th at  o f   p r ev io u s   m et h o d s .     4 . 4 .     Su mm a r y     As  p r ev io u s ly   m en tio n ed ,   th e   aim   o f   th is   r esear ch   is   to   in c r ea s e  th e  s ec u r ity   o f   ed g e  I o T - b ased   SH  n etwo r k s   wh ile  r ed u cin g   c o m p lex ity   to   ac h iev e  a  h ig h e r   u s ab ilit y   lev el.   I t  ca n   clea r ly   b e  s ee n   in   th e  an aly s is   o f   th e   s ec u r ity   co m p ar is o n   th at  th e  p r o p o s ed   a u th en ticatio n   s ch em e  ca n   h an d le   d if f e r en t   ty p es  o f   attac k s .   I t  also   p r o v ed   its   a b ilit y   to   p r o v id e  a  h ig h   lev el  o f   p r o tectio n   to   ed g e   I o T - b ased   SH  n etwo r k s .   W ith   r eg ar d   t o   u s ab ilit y   an d   th e  co s t  o f   im p lem en tin g   th e  p r o p o s ed   s ch em e,   it  was   ev id en t  th at  th e  p r o p o s ed   s ch em e  is   ca p ab le  o f   p r o v id in g   h ig h er   s e cu r ity   f u n ctio n ality   at  a   r ea s o n ab le  co s t.  T h e   s ch em e  also   a ch iev ed   a  r ed u ctio n   in   co m m u n icatio n   co s ts   co m p ar ed   to   p r e v io u s   s ch em es,   wh ich ,   in   tu r n ,   m ak es   it  m o r e   f e asib le  in   r ea l - wo r ld   s ce n ar io s .         5.   CO NCLU SI O N   T h e  p r im ar y   o b jectiv e  o f   th is   r esear ch   is   to   o f f er   a  m eth o d   f o r   th e  p r o tectio n   o f   a  n et wo r k   f r o m   attac k er s   an d   th e   p r o v is io n   o f   s af e  ac ce s s   to   SH  s er v ic es  wh ile  m ain tain in g   a   v er y   co n v en ien t  u s er   ex p er ien ce .   I n   th e  p r o p o s ed   s ch em e,   a  s m ar tp h o n e  o ffer s   b io m etr ic  au th en ticatio n   to   s m ar t  d ev ices/ap p lian ce s   u s in g   th eir   u n iq u e  I D  b its ,   allo win g   th e  s er v er   to   id e n tify   th em   with o u t  r esu ltin g   in   ex tr a  ex p en s e.   Mo r e o v er ,   th e  s ess io n   k ey   co n s tr u ctio n   o f   s ec r et  k e y s   an d   id en titi es  in c r ea s es  th e  n etwo r k ’ s   r esis tan ce   to   v ar io u s   t h r ea ts .   T h e  o v er h ea d   co s ts   o f   th is   s ch em e  ar e   id en tical  to   th o s e   o f   t h e  co n v en tio n al  I Pv 6 .   T h e  AVI SP A - b ased   s ec u r ity   an aly s is   g iv en   in   t h is   s ch em e  en s u r es th at  th is   s ch em e  is   s af e  an d   ac h iev a b le.     T h e  co llected   fin d in g s   s u g g es t  th at  th e  p r o p o s ed   au th e n tica tio n   s ch em e  o f f er s   g r ea ter   s ec u r ity   th an   th e  s ch em e  p r o v id ed   b y   ea r l ier   s ch o lar s .   T h e  s u g g ested   s ch em e  in cr ea s es  th e  s ec u r ity   an d   en h a n ce s   th e  u s ab ilit y   o f   th e  h o m e  au to m a tio n   b u s in ess .   I t  allo ws  h o m e  u s er s   to   u s e  h o m e  au to m ati o n   s er v ices  f r o m   a   r em o te  p lace   s ec u r ely ,   with o u t   in ter r u p tio n   f r o m   in tr u d er s .   I n   ad d itio n ,   th e  s tr en g th   o f   th e   p r o p o s ed   s ch em e  is   d er iv ed   f r o m   th e  s ep ar atio n   o f   th e  au th en ticatio n   s er v e r   co m p o n e n ts .   T h is   p r o v id es  h ig h er   s ec u r ity   th r o u g h   th e  d esig n   o f   th e   SH  en v ir o n m en t,  h en ce   p r e v en tin g   s ev er al  ty p es  o f   attac k s   an d   en h an cin g   t h e  s ec u r ity   lay er s .   T h r ee   p at h s   o f   r esear ch   c o u ld   b e  co n d u cte d   in   f u tu r e   wo r k .   T h e  first  p ath   is   to   f o cu s   o n   en h an cin g   th e  cu r r en t  au th e n ticatio n   s ch em e  b y   in cr ea s in g   t h e  s ec u r ity   an d   r e d u cin g   t h e  s tep s   r eq u ir ed   f o r   au th en ticatio n   to   m ak e  it  f aste r   an d   m o r e  c o n v e n ien t.  T h e  s ec o n d   p ath   is   to   s tar t  im p lem en tin g   th e  s ch em e  in   a  r ea l  en v ir o n m e n t  to   d em o n s tr ate  th e  r esu lts   an d   m ea s u r e  wh eth er   th e  u s er   ex p er ien c e  is   co n v en ien t  o r   co m p lex .   I t  w o u ld   also   b e   i n s tr u ctiv e  to   attem p t  all   th e   ex p ec ted   attac k s   a n d   s ee   th e  ef f icien cy   o f   th e   p r o p o s ed   s ch em e  in   p r ac tice.   Fin ally ,   th e  th ir d   p ath   is   to   a p p ly   th e  p r o p o s ed   au th e n ticatio n   s ch em e  in   a n o th er   s ec to r ,   s u ch   as h ea lth ca r e,   w h ich   u tili ze s   s im ilar   r o les an d   p e r s o n a.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   N .   A l h i n d a w i ,   “ I o T   b a se d   t e c h n i q u e   f o r   n e t w o r k   p a c k e t   a n a l y z e r , ”   T h e   I n t e r n a t i o n a l   Ara b   J o u r n a l   o f   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g y ,  v o l .   2 0 ,   n o .   4 ,   p p .   6 7 8 – 6 8 5 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 4 0 2 8 / i a j i t / 2 0 / 4 / 1 4 .   [ 2 ]   “ I n t e r n e t   o f   t h i n g s   ( I o T ) , ”   G a rt n e r ,   2 0 1 2 .   h t t p s : / / w w w . g a r t n e r . c o m/ e n / i n f o r ma t i o n - t e c h n o l o g y / g l o ss a r y / i n t e r n e t - of - t h i n g s   (a c c e s se d   M a y   1 ,   2 0 2 4 ).   [ 3 ]   “ W h a t   i s  t h e   i n t e r n e t   o f   t h i n g s (I o T) ? , ”   I BM ,   2 0 2 4 .   h t t p s: / / w w w . i b m . c o m/ t o p i c s/ i n t e r n e t - of - t h i n g s   (a c c e ss e d   M a y   1 ,   2 0 2 4 ).   [ 4 ]   C .   M a c g i l l i v r a y ,   S .   R a u ,   N .   T u r n e r ,   a n d   A .   W r i g h t ,   “ O v e r c o m i n g   c h a l l e n g e s:   b e st   p r a c t i c e s   f o r   I o T   i m p l e m e n t a t i o n s ,”   W h i t e   Pa p e r ,   IDC .   2 0 1 6 ,   A c c e sse d :   M a y   1 ,   2 0 2 4 .     [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / d o w n l o a d . n i . c o m/ e v a l u a t i o n / i o t / I D C _ W h i t e p a p e r . p d f   [ 5 ]   F .   F i r o u z i ,   B .   F a r a h a n i ,   M .   W e i n b e r g e r ,   G .   D e P a c e ,   a n d   F .   S .   A l i e e ,   “ I o T  f u n d a me n t a l s :   d e f i n i t i o n s,   a r c h i t e c t u r e s,  c h a l l e n g e s,  a n d   p r o m i ses , ”   i n   I n t e l l i g e n t   I n t e rn e t   o f   T h i n g s ,   C h a m:   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i s h i n g ,   2 0 2 0 ,   p p .   3 – 5 0 .   [ 6 ]   C .   B e n i t e z ,   “ Th e   u l t i ma t e   l i s t   o f   i n t e r n e t   o f   t h i n g s  st a t i st i c s  f o r   2 0 2 4 , ”   F i n d s t a c k   b y   S o h o   Me d i a   L t d .  h t t p s : / / f i n d s t a c k . c o m/ i n t e r n e t - of - t h i n g s - st a t i st i c s /   ( a c c e sse d   M a r .   2 1 ,   2 0 2 4 ).   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.