3. SỬ DỤNG MÃ HÓA NHẸ CHO CÁC THIẾT BỊ IOT TÀI NGUYÊN YẾU
3.5. Giới thiệu hàm băm xác thực hạng nhẹ Quark
Như đã trình bày, điểm yếu của môi trường cảm biến trong WSN là tài nguyên bị giới hạn, không thể đảm bảo WSN hoạt động ổn định khi phải chia sẻ tài nguyên với các giao thức an toàn bảo mật vốn dành cho mạng Internet không bị giới hạn tài nguyên, đặc biệt là các giao thức mã hóa. Chính vì vậy, phương hướng khi tích hợp các giao thức an ninh và an toàn thông tin là tận dụng các lý thuyết an ninh của các giao thức bảo mật an ninh hiện có mà đã được minh chứng tính tin cậy và sau đó, nghiên cứu giảm khả năng tiêu thụ tài nguyên để có thể tích hợp các giao thức mới vào WSN mà không làm ảnh hưởng tới hoạt động các giao thức này. Bản thân giao thức DTLS cũng được kế thừa từ giao thức TLS với sự giản lược một số chức năng và việc cải tiến giao thức DTLS để có thể tích hợp được cơ chế Overhearing cũng theo cách tiếp cận giảm tiêu thụ tài nguyên thông qua giảm độ dài khóa. Hiện nay, có rất nhiều cơ chế mã hóa nhẹ đã và đang được nghiên cứu phát triển dựa trên từng yêu cầu bài toán khác nhau. Trong số đó, cơ chế băm Quark là được nghiên cứu và phát triển Jean-Philippe Aumasson sử dụng cho WSN cỡ nhỏ. Chính vì băm Quark được phát triển chuyên biệt cho WSN cỡ nhỏ như hệ thống RFID nên độ tiêu thụ tài nguyên nhỏ và vì thế được xem xét tích hợp vào giải pháp an ninh tổng thể [78]. Quark hoạt động theo cơ chế nổi bọt chồng (padded sponge construction) được giới thiệu bởi Guido Bertoni [79], với các hàm băm chồng lên nhau mà đầu ra của hàm băm này sẽ là đầu vào của hàm băm sau. Mục đích của cơ chế nổi bọt chồng là tăng độ khó trong
100
băm dữ liệu nhưng vẫn tái sử dụng các hàm băm và dữ liệu cũ, tránh sản sinh thêm dữ liệu làm tăng tiêu thụ tài nguyên WSN. Cơ chế nổi bọt chồng của Quark được mô tả như Hình 3.8:
Hình 3.8. Sơ đồ hoạt động của thuật toán băm Quark
Trong khi đó, Hình 3.9 mô tả cơ chế nổi bọt chồng trong từng hàm băm của thuật toán băm Quark:
Hình 3.9. Kiến trúc cơ chế nổi bọt chồng của thuật toán băm Quark
Trong Hình 3.9, m0, m1, m2, m3 là các bit điều khiển, z0, z1, z2 là các bit kết quả đầu ra, c là khối dữ liệu đầu, r khối dữ liệu điều khiển vào còn P là các thành phần xử lý mã hóa trong một hàm băm. Cơ chế nổi bọt chồng trong thuật toán băm Quark bao gồm nhiều thành phần giống nhau nhưng thứ tự thực hiện khác nhau, đảm bảo tính đơn giản về giải thuật nhưng duy trì độ phức tạp trong băm dữ liệu.
Đối với giải pháp này, luận án không đề xuất thực hiện cải tiến mà đề xuất sử dụng mô hình tổng thể của cấu trúc an toàn bảo mật IoT tích hợp cùng với một số các giải pháp, tác giả sẽ trình bày phần điều chỉnh và kết hợp đầy đủ, chi tiết hơn hơn trong chương tiếp theo của luận án.