A Novel Length-Flexible Lightweight Cancelable Fingerprint Template for Privacy-Preserving Authentication Systems in Resource-Constrained IoT Applications
指纹认证技术已经在各种物联网（IoT）应用中用于访问控制以保护私有数据，但是未受保护的IoT应用中的原始指纹模板泄漏可能使认证系统不安全。可撤销指纹模板可以有效防止隐私泄露，并对原始模板提供强有力的保护。然而，为了适应资源受限的物联网设备，过于简化的模板会显着损害身份验证性能。此外，现有的可取消指纹模板的长度通常是固定的，这使得它们难以部署在各种内存有限的物联网设备中。为了解决这些问题，我们提出了一种新的长度灵活的轻量级可取消指纹模板，用于各种资源受限的物联网应用中的隐私保护认证系统。所提出的可取消模板设计主要由两个部分组成：1）基于所设计的重索引方案的长度灵活的部分可取消特征生成;以及2）基于所设计的编码嵌套差分XOR方案的轻量级可取消特征生成。在公共数据库FVC 2002 DB 1-DB 4和FVC 2004 DB 1-DB 4上的综合实验结果表明，所提出的可取消指纹模板在物联网环境中实现了与最先进方法相当的认证性能，但我们的设计大大减少了模板存储空间和计算成本。更重要的是，所提出的长度灵活的轻量级可取消模板适用于各种商业灵巧卡（例如，C5-M.O.S.T.卡接触微处理器灵巧卡CLXSU 064 KC 5）。据我们所知，该方法是第一个长度灵活的轻量级，高性能的可取消指纹模板设计，用于资源受限的物联网应用。
2022-06-26 cs.CR
The Impact of DoS Attacks onResource-constrained IoT Devices:A Study on the Mirai Attack
Mirai是一种恶意软件，它创建了一个由互联网连接的设备组成的僵尸网络，之后可以用来感染其他设备或服务器。本文旨在分析和解释Mirai代码，并创建一个低成本的仿真环境，以帮助Mirai的动态分析。此外，我们执行受控的拒绝服务攻击，同时测量资源受限的受损和受害物联网（IoT）设备上的资源消耗，例如能耗，CPU利用率，内存利用率，以太网输入/输出性能和安全数字卡使用率。实验设置表明，当受感染的设备发送用户数据报协议（UDP）洪水时，它消耗的能量比正常使用多38.44%。在使用安全数字的情况下，当被传输控制协议（TCP）消息淹没时，受害者将多使用64.6%的存储用于读取，多使用55.45%的存储用于写入。Mirai攻击对资源受限的物联网设备造成的显著额外资源消耗可能严重威胁此类设备的广泛采用，并为资源受限的物联网环境中的安全设计带来巨大挑战。
2021-04-19 cs.CR
Secrets Best Not Shared: DNS Privacy Enhancements for the Constrained IoT
TU Dresden（德累斯顿工业大学）；HAW Hamburg（汉堡应用科学大学）；Barkhausen Institut（巴克拉乌森研究所）
针对受限物联网设备，研究在加密基础上混淆DNS流量以提升隐私，通过实验评估DNS over CoAP等协议，发现均衡包长、分块传输和头部压缩可将DNS帧识别准确率降至86%，结合负载压缩进一步降至77%。
2026-06-08 cs.CR cs.NI
A novel key pre-distribution scheme based on $μ$-PBIBD combinatorial design in the resource-constrained IoT network
在资源受限的物联网网络中，使用具有内存、处理和能量限制的WSN、RFID和嵌入式系统等终端节点。在这些类型的网络中的密钥分发解决方案之一是使用密钥预分发方案，其在资源受限的设备部署在环境中之前离线完成密钥分发操作。此外，为了减少共享密钥发现计算和通信开销，近年来已经提出了在密钥预分配中使用组合设计作为解决方案。在这项研究中，一个$μ$ -PBIBD组合设计的介绍和构造和映射的资源受限的物联网网络中的密钥预分配方案，这样的设计解释。通过使用这样的密钥预分发方案，获得更多的密钥用于IoT网络中的两个设备之间的通信。这意味着网络中的两个设备之间将存在最多q + 2个密钥，其中q是素数幂，也就是说，两个设备在其密钥链中可以具有q + 2个公共密钥，而不是具有用于直接安全连接的公共密钥。因此，与SBIBD、TD、Trade-KP、UKP *、RD * 和2-D $μ$ -PBIBD设计相比，我们将增加密钥预分配方案的弹性。关键词：资源受限物联网;组合设计; $μ$ -PBIBD;弹性。
2021-02-14 cs.CR
Interledger Smart Contracts for Decentralized Authorization to Constrained Things
我们提出了利用智能合约和interledger机制为受约束的物联网设备提供去中心化授权的模型。这些模型涉及成本、延迟、复杂性和隐私方面的不同权衡，同时利用智能合约和与interledger机制通信的多个区块链的关键优势。其中包括在智能合约中不可变地记录授权信息和策略的哈希值，通过在所有区块链节点上执行智能合约代码来实现弹性，以及使用哈希和时间锁机制加密链接不同区块链上记录的交易和物联网事件。在公共以太坊测试网Rinkeby和Ropsten上评估了所提出的模型，包括执行成本（gas），延迟和需要发送到受限物联网设备的数据减少。
2019-05-05 cs.CR cs.NI
BreathRNNet: Breathing Based Authentication on Resource-Constrained IoT Devices using RNNs
Data61
递归神经网络（RNN）在音频和语音处理应用中表现出了很好的效果，因为它们在建模序列数据方面具有很强的能力。在许多应用中，RNN往往优于基于GMM/UBM和i向量的传统模型。物联网设备的日益普及为基于声学的认证、语音命令和灵巧家庭的边缘分析等应用实现基于RNN的推理提供了强有力的理由。尽管如此，在资源受限的物联网设备上进行基于RNN的推理的可行性和性能在很大程度上仍未得到探索。在本文中，我们研究了将RNN用于基于呼吸声学的端到端认证系统的可行性。我们评估了RNN模型在三种类型设备上的性能;智能手机，智能手表和Raspberry Pi，并表明与CNN模型不同，RNN模型可以轻松地移植到资源受限的设备上，而不会显著降低准确性。
2017-09-22 cs.CR cs.LG cs.NE
Towards Remotely Verifiable Software Integrity in Resource-Constrained IoT Devices
本文系统研究了资源受限低端IoT设备的低成本远程软件完整性验证架构，定性和定量比较了不同完整性证明的表达能力、架构支持与成本，并指出了未来研究方向与挑战。
2024-01-11 cs.CR
Empowering IoT Security: On-Device Intrusion Detection in Resource Constrained Devices
Cardiff University（卡迪夫大学）；Toshiba Bristol Research and Innovation Laboratory（东芝布里斯托研究与创新中心）
本文提出轻量级模型，利用机器学习算法在资源受限设备上实现高精度入侵检测，采用决策树和神经网络分别达到99%和96%的检测准确率，提升物联网网络的实时监控与防御能力。
2026-05-13 cs.CR
LAKEE: A Lightweight Authenticated Key Exchange Protocol for Power Constrained Devices
物联网网络的快速发展导致了为其设计有效安全功能的研究趋势。由于物联网设备的功率受限性质，安全功能应尽可能保持轻量级。目前，大多数物联网网络流量都是未加密的。智能设备未加密数据的泄露可能会带来隐私泄露的巨大成本。为了使安全信道具有加密流量，网络中的两个端点必须相互验证并计算短期密钥。然后，它们可以通过经过身份验证的安全信道进行通信。这个过程被称为认证密钥交换（AKE）。虽然数据报传输层安全（DTLS）为物联网网络提供了一个AKE协议，但研究已经提出了更有效和更具体的替代方案。本文介绍了LAKEE，一个简单的，轻量级的物联网AKE协议。我们的协议采用椭圆曲线密码产生一个短期的会话密钥。它减少了其替代方案的通信和计算开销，同时保持或提高其安全强度。我们的协议的简单性和低开销，使它适合网络的受限设备。
2022-10-28 cs.CR
A low-overhead approach for self-sovereign identity in IoT
我们提出了一种低开销的机制，用于约束网络中物联网代理的自主识别和通信。我们的主要贡献是使本地使用分散标识符（DID）和基于DID的安全通信的约束网络，而以前的作品要么没有考虑这个问题，或依赖于基于代理的架构。我们提出了一个新的扩展DID以及一个更简洁的序列化方法DID元数据。此外，为了减少传输消息的安全开销，我们采用了二进制消息信封。我们在Swarm Computing的背景下实现了这些建议，这是一种去中心化物联网的方法。结果表明，我们的提案将身份元数据的大小减少了近四倍，安全开销减少了五倍。我们观察到，这两种技术都需要在约束网络上进行操作。
2021-07-21 cs.CR
Constrained Twin Variational Auto-Encoder for Intrusion Detection in IoT Systems
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；Le Quy Don Technical University（黎贵惇技术大学）；University of Engineering and Technology, Vietnam National University, Hanoi（河内越南国家大学工程技术大学）
本文提出约束孪生变分自编码器CTVAE，通过生成低维且更具可分性的表示来提升物联网入侵检测性能，在11个僵尸网络数据集上以更小的模型规模和更快的检测速度实现了约1%的准确率与Fscore提升。
2023-12-05 cs.CR cs.LG
IoT based Smart Access Controlled Secure Smart City Architecture Using Blockchain
University of Calcutta（加尔各答大学）；University of California（加利福尼亚大学）
SSL、TLS、IPSec等标准安全协议具有较高的内存和处理器消耗，这使得所有这些安全协议都不适合物联网（IoT）等资源受限平台。区块链（BC）在物联网平台中找到了有效的应用，以保护五个基本的加密原语，如机密性，真实性，完整性，可用性和不可否认性。在IoT平台中传统地采用BC会导致高能耗、延迟和计算开销，这不适合于各种资源受限的IoT设备。这项工作提出了一个基于机器学习（ML）的智能访问控制框架，在公共和私人BC的智能城市应用，使其更有效的相比，现有的物联网应用。拟议的基于物联网的智慧城市架构采用BC技术来保护所有加密安全和隐私问题。此外，BC在IoT平台上的开销也非常小。本文研究了现有的威胁模型和关键的访问控制问题，这些问题处理各个节点的多个权限，并检测相关的不一致性以通知相应的节点。与现有文献中的所有安全问题的比较表明，所提出的架构是有竞争力的高效的安全访问控制。
2019-09-09 cs.CR cs.LG cs.NI
A Survey on Consensus Protocols in Blockchain for IoT Networks
区块链作为加密货币基础技术的成功也为其在其他应用领域的使用开辟了可能性。区块链在其他领域的潜在应用的主要优势是其固有的安全机制和对不同攻击的免疫力。区块链依赖于共识方法来同意任何新数据。目前用于不同加密货币区块链的大多数共识方法都需要很高的计算能力，因此不适合资源受限的系统。在本文中，我们讨论并调查了适用于资源受限的物联网设备和网络的各种基于区块链的共识方法。典型的物联网网络由几个计算和通信能力有限的设备组成。大多数情况下，这些设备无法执行密集型计算，并且急需带宽。因此，我们讨论了可以采取的措施，以减少底层共识方法的计算能力和收敛时间。我们还讨论了公共区块链的一些替代方案，如私有区块链和tangle，以及它们在物联网网络中的潜在应用。此外，我们回顾了现有的共识方法，并探讨了利用它们来实现基于区块链的物联网网络的可能性。一些开放的研究挑战也提出了。
2019-06-19 cs.CR cs.NI
Wireguard: An Efficient Solution for Securing IoT Device Connectivity
本研究评估Wireguard协议在资源受限物联网环境中的性能，与OpenVPN和IPsec对比，发现其轻量高效，有望广泛用于加固物联网设备安全。
2024-02-03 cs.CR cs.NI
Securing name resolution in the IoT: DNS over CoAP
本文提出DNS over CoAP（DoC）方案，为受限IoT设备提供安全隐私的名称解析，通过RIOT实现并验证，在结合OSCORE与缓存等功能时，相比DTLS显著节省内存并提升性能。
2023-07-27 cs.CR cs.NI
RIFLE: Robust Distillation-based FL for Deep Model Deployment on Resource-Constrained IoT Networks
Department of Computer Engineering, Sharif University of Technology（谢里夫技术大学计算机工程系）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
RIFLE通过基于logit的知识蒸馏方法，提升资源受限物联网网络中深度模型的鲁棒性和隐私保护，显著提高训练效率和攻击防御能力。
2026-02-09 cs.CR cs.DC cs.LG
Transparent and Tamper-Proof Event Ordering in the Internet of Things Platforms
如今，对基于事件动作的事件链中的事件之间的因果关系的审计和诊断（例如，为什么灵巧家庭中的灯是打开的？）物联网（IoT）平台是不可信和不可靠的。当前的物联网平台缺乏透明和防篡改的事件排序技术，因为它们的日志机制以设备为中心。在本文中，我们开发了一个框架，通过提出区块链协议和采用矢量时钟系统，分别为资源受限的异构物联网设备量身定制，促进物联网平台中的防篡改透明性和事件顺序。为了应对不合适的存储（例如，账本）和计算能力（例如，工作量证明难题）的商业现成的物联网设备中的区块链的要求，我们提出了一个部分一致的切割协议和工程师的模块化算法为基础的轻量级工作量证明难题，分别。据我们所知，这是第一个为资源受限的异构物联网平台设计的区块链。我们基于向量时钟系统的事件排序协议对于物联网平台来说也是新颖的。我们使用一个物联网网关和30个物联网设备来实现我们的框架。我们用10个并发的基于事件链的事件链进行实验，每个链涉及20个设备，每个设备参与5个不同的链。结果表明，我们的框架可以在2.5秒内对这些事件进行排序，同时每个设备仅消耗140 mJ的能量。因此，结果表明，所提出的平台是许多物联网应用的实际选择，如灵巧家庭，交通监控和犯罪调查。
2022-08-11 cs.CR cs.NI
ACE of Spades in the IoT Security Game: A Flexible IPsec Security Profile for Access Control
受限环境的身份验证和授权（ACE）框架在物联网中提供细粒度的访问控制，其中设备资源受限且连接有限。ACE框架定义了单独的配置文件来指定实体如何确切地交互以及使用什么安全和通信协议。本文提出了一种新的ACE框架，它规定了客户端如何建立一个安全的资源服务器的VPN通道，上下文使用ACE框架来执行授权访问远程资源。该配置文件可以通过直接配置或通过标准IKEv2协议建立IPSec安全关联。我们为Contiki OS提供了ACE配置文件的第一个开源实现，并在资源受限的Zolertia Firefly平台上进行了测试。我们的实验性性能评估证实，物联网配置文件及其操作模式是负担得起的，也可部署在受限的物联网平台上。
2018-08-14 cs.CR
Constrained Network Adversarial Attacks: Validity, Robustness, and Transferability
Ai movement, The International Artificial Intelligence Center of Morocco, UM6P（人工智能运动、摩洛哥国际人工智能中心、UM6P）；Sorbonne University, LIP6 - UMR 7606 CNRS（索邦大学、LIP6 - UMR 7606 CNRS）
本文研究了网络入侵检测系统中对抗攻击违反领域约束的问题，发现高达80.3%的对抗样本无效，并证明简单的MLP替代模型能生成更多有效且具可迁移性的对抗样本，强调需结合领域约束评估模型鲁棒性。
2025-05-02 cs.AI cs.CR cs.NI
Public-Key Based Authentication Architecture for IoT Devices Using PUF
如今，物联网（IoT）是计算世界中的一个热门话题。值得注意的是，物联网设备具有严格的设计要求，通常被称为受限设备。因此，轻量级的安全技术和原语更适合于这样的设备，例如，静态随机存取存储器（SRAM）、物理不可克隆函数（PUF）和椭圆曲线加密（ECC）。SRAM PUF是一种内在安全原语，在物联网领域得到了广泛采用。ECC是一种公钥算法技术，在受限物联网设备中越来越受欢迎。这种流行是由于与其他公钥技术（如RSA（Rivest Shamir Adleman））相比，使用了更小的操作数。本文介绍了基于SRAM PUF技术和ECC的特定于应用的安全通信架构的设计、开发和评估，该架构适用于受限物联网设备。更具体地说，它引入了一种基于椭圆曲线Diffie-Hellman（ECDH）公钥的加密协议，该协议利用PUF导出的密钥作为硅认证的信任根。并提出了一种支持该协议的模块化硬件结构设计。最后，分析的实用性以及所提出的协议的可行性，我们证明了解决方案的原型和验证的协议变体上的商业Xilinx Zynq-7000 APSoC设备。
2020-02-04 cs.CR
Selective privacy in IoT smart-farms for battery-powered device longevity
本文提出了一种有效载荷安全模型，以保持TLS的标准，同时消除与受限设备和物联网网络协议相关的障碍。作为智能农业环境的鱼菜共生领域被用来测试ESP32边缘设备的新颖性。隐私对消息内容的影响说明了最合适的安全属性配置，然后通过时间和功耗分析来计算每个场景的能耗。得出的结论是，使用这种定制的有效载荷安全模型而不是TLS能够将受限设备的电池寿命延长高达81%，同时保持TLS安全标准，并适用于各种协议。
2021-08-05 cs.CR
Towards Implementation of Robust and Low-Cost Security Primitives for Resource-Constrained IoT Devices
近年来，由于全球化的趋势，系统集成商不得不比以往任何时候都更多地处理集成电路（IC）/知识产权（IP）假冒问题。这些伪造的硬件问题已经推动了对更安全的芯片认证的需求。来自物理源的高熵随机数是安全系统中认证和加密过程的关键组成部分[6]。安全加密依赖于用于生成密钥的真正随机数的源，并且需要片上随机数生成器来实现足够的安全性。此外，物联网（IoT）采用了大量基于硬件的安全和预防解决方案，以便以资源有效的方式安全地交换数据。在这项工作中，我们已经开发了几种基于硬件的随机函数的方法，以解决问题并增强IC的安全性和信任度：一种新颖的基于DRAM的固有物理不可克隆函数（PUF）[13]，用于系统级安全性和认证以及分析各种环境条件的影响，特别是硅老化;基于DRAM剩磁的真随机数生成（TRNG），以产生具有非常低开销的随机序列;用于产生无限数量的随机比特的基于有效电源噪声的TRNG模型，其已经被评估为成本有效的技术;物联网（IoT）环境的架构和硬件安全解决方案。由于物联网设备受到严重的资源限制，我们提出的设计可以以高效和低成本的方式减轻建立可信和安全性的担忧。
2018-06-14 cs.CR
HPQ-AKE: A Provably Secure Sign-Less Hybrid Authenticated Key Exchange Protocol for Bandwidth-Constrained IoT and Edge Networks
Ho Chi Minh City Open University（胡志明市开放大学）；Faculty of Information Technology, Ho Chi Minh City University of Industry and Trade (HUIT)（胡志明市工业贸易大学信息技术学院）；Faculty of Information Technology, Ho Chi Minh City Open University（胡志明市开放大学信息技术学院）；Faculty of Computer Science and Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT)（胡志明市理工大学计算机科学与工程系）；Vietnam National University Ho Chi Minh City（越南国家大学胡志明市分校）
HPQ-AKE是面向带宽受限IoT与边缘网络的无签名混合认证密钥交换协议，结合ML-KEM-768与RSA-OAEP，可减少56.4%握手传输量，降低31.4%卫星链路延迟，性能优于混合TLS 1.3。
2026-10-23 cs.CR cs.NI
KESIC: Kerberos Extensions for Smart, IoT and CPS Devices
KESIC通过Kerberos扩展实现物联网设备的高效安全多用户访问，无需修改Kerberos协议，内存和运行时开销显著降低。
2024-07-17 cs.CR
Lightweight Strategy for XOR PUFs as Security Primitives for Resource-constrained IoT device
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；University of Jeddah（吉达大学）
本文提出一种结合XOR Arbiter PUF架构参数选择与使用方式的轻量策略，以降低硬件成本和能耗并提升对机器学习攻击的抵抗力。
2022-10-04 cs.CR cs.LG
Towards Robust IoT Defense: Comparative Statistics of Attack Detection in Resource-Constrained Scenarios
针对物联网资源受限设备的安全威胁，本文对比多种攻击检测算法并提出新型检测方法与动态分类器选择策略，在多项指标上优于现有方案。
2024-10-10 cs.CR
Protecting RESTful IoT Devices from Battery Exhaustion DoS Attacks
许多物联网用例涉及受限的电池供电设备，以REST方式向其通信合作伙伴提供服务。这些服务可能涉及，例如，昂贵的计算或致动器/传感器使用，这可能对服务提供商的功耗有显著影响。远程攻击者可能会过度使用这些服务，以耗尽提供商的电池，这是拒绝服务（DoS）攻击的一种形式。以前的工作提出了基于轻量级对称身份验证的解决方案。这些解决方案由于需要预共享密钥而扩展性差，并且不提供针对受损服务攻击者的保护。相比之下，我们认为更强大的攻击者甚至能够损害合法的攻击者。我们提出了一种方法，结合攻击者检测和节流，进行第三个可信的后端，一个轻量级的身份验证协议。对于攻击者检测和节流，我们提出了一种新的方法，使用速率限制算法。此外，我们提出并正式验证了两个认证协议，适用于不同的，广泛使用的物联网网络拓扑结构。我们的协议确保服务的可用性为良性的恶意软件，即使提供商是在电池耗尽攻击。这些协议既不要求在加密者和提供者之间预先共享密钥，也不要求在提供者上使用非对称加密和公钥基础设施。这使得我们的协议适用于涉及受限设备和受限网络的各种物联网部署。我们证明了我们的方法的可行性，通过模拟和概念实现的证明。
2019-11-19 cs.CR
Influence of Autoencoder Latent Space on Classifying IoT CoAP Attacks
University of León（莱昂大学）；Research Institute of Applied Sciences in Cybersecurity (RIASC) MIC. University of León（网络安全应用科学研究所以MIC·莱昂大学）；University of A Coruña（拉科鲁尼亚大学）
本研究通过结合自动编码器潜在空间与三种分类技术，提出了一种高效识别物联网CoAP协议安全攻击的模型，实现了超过99%的识别精度。
2026-02-20 cs.CR
Evaluating Post-Quantum Cryptographic Algorithms on Resource-Constrained Devices
本文研究了在资源受限的IoT设备上部署后量子密码算法的可行性，基于Raspberry Pi平台实现了三种PQC算法并结合liboqs与mbedTLS开发了量子安全密钥交换协议，实验证明在受限硬件上集成PQC算法切实可行。
2025-07-11 cs.CR cs.ET
MQTT Across a Raspberry Pi 5 IoT Network Utilizing Quantum-resistant Signature Algorithms
Cleveland State University（克利夫兰州立大学）
研究在Raspberry Pi 5物联网网络中部署抗量子签名算法，采用NIST选定的FALCON数字签名方案，评估轻量级硬件上格基抗量子加密的性能与实用性。
2026-05-13 cs.CR
Cumulative Message Authentication Codes for Resource-Constrained IoT Networks
在资源受限的物联网网络中，由于MAC输出的大小很大，使用传统的消息认证码（MAC）来提供消息认证和完整性是不可能的。这个问题的一个简单而幼稚的解决方案是采用截断的MAC，其不期望地牺牲密码强度以换取减少的通信开销。在本文中，我们解决这个问题，提出了一种新的消息认证方法称为\textit{Cumulative Message Authentication Code}（CuMAC），其中包括两个不同的程序：\textit{aggregation}和\textit{accumulation}。在聚合中，发送方通过使用系统编码过程从多个MAC的段生成紧凑的认证标签。在累积中，接收器通过收集和验证认证标签来累积底层MAC的密码强度。通过这两个过程，CuMAC使接收器能够在认证标签的处理中实现加密强度和延迟之间的有利权衡。此外，对于一些延迟敏感的消息，这种权衡可能是不可接受的，我们提出了一个变体的CuMAC，我们称之为\textit{CuMAC with Speculation}（CuMAC/S）。除了聚合和累积过程之外，CuMAC/S还使发送方和接收方能够采用推测过程来预测未来的消息值并预先计算相应的MAC段。对于可以可靠推测的消息，CuMAC/S显着降低了MAC验证延迟，而不影响加密强度。我们已经进行了全面的评价CuMAC和CuMAC/S通过仿真和原型实现一个真正的汽车。
2020-10-15 cs.CR
Secure and Reliable Biometric Access Control for Resource-Constrained Systems and IoT
随着物联网（IoT）的出现，对低功耗、普适设备的访问控制和数据保护的需求日益增长。基于生物特征的身份验证由于其方便的性质和较低的攻击敏感性而有希望用于物联网。然而，对于灵巧卡、密钥卡等，与生物识别处理和模板保护相关联的成本是不小的。在本文中，我们讨论了生物识别系统的安全性，成本和实用性，并开发了两个主要的框架来改善它们。首先，我们介绍了一个新的框架，用于实现生物识别系统的基础上物理不可克隆功能（PUF）和硬件混淆，与传统的软件方法，不需要非易失性存储的生物识别模板/密钥。除了降低危及生物特征的风险之外，混淆的性质还提供了针对通过恶意软件和故障注入规避访问控制的保护。PUF提供不可逆性和不可链接性。其次，所提出的PUF/混淆方法的主要要求是从用户输入的生物特征生成可靠的（鲁棒的）密钥。我们提出了一个噪声感知的生物量化框架，能够生成独特的，可靠的密钥，减少注册时间和去噪成本。最后，我们进行了几个案例研究。在第一，提出的噪声感知的方法相比，我们以前的方法，多个生物识别模式，包括流行的（指纹和虹膜）和新兴的心血管（ECG和PPG）。结果表明，ECG提供了可靠性，密钥长度，熵和成本之间的最佳权衡。在第二和第三个案例研究中，我们演示了如何通过对ECG的受试者内变异进行建模来同时提高可靠性、去噪成本和注册时间。
2018-03-26 cs.CR
A Novel Dimension Reduction Scheme for Intrusion Detection Systems in IoT Environments
物联网给计算机网络的安全解决方案带来了新的挑战。入侵检测系统（IDS）是迄今为止最有效的安全工具之一，但异构的协议和“物”产生的大量数据以及主机资源的有限性，使得现有的一些IDS方案显得力不从心。为了使入侵检测系统能够在物联网环境中工作，本文提出了一种新的分布式降维方案，解决了资源有限的挑战。设计了一种新的自动编码器，它学习生成一个潜在空间。然后，受约束的主机/探测器使用生成的权重通过单个操作降低维度。压缩后的数据被传输到中央IDS服务器以验证流量类型。该方案的目的是通过压缩数据来降低传输数据所需的带宽，并减少主机中压缩任务的开销。在三个著名的网络流量数据集（UNSW-NB 15、TON\_IoT20和NSL-KDD）上对该方案进行了评估，结果表明，该方案可以获得一个三维的潜在空间（压缩约90%），而不会显著降低IDS的检测精度.
2020-07-12 cs.CR
Edge AI-based Radio Frequency Fingerprinting for IoT Networks
KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Qatar University（卡塔尔大学）
针对物联网资源受限设备的安全挑战，提出两种轻量级边缘AI射频指纹识别方案，利用CNN和Transformer编码器提取IQ特征，在Raspberry Pi上验证，Transformer编码器以73KB模型实现高精度识别。
2024-12-13 cs.AI cs.CR cs.LG
A Secure Back-up and Restore for Resource-Constrained IoT based on Nanotechnology
随着物联网（IoT）的出现，每天都有大量敏感数据在边缘设备中处理和传输，几乎没有安全性。由于其积极的功率管理方案，在进入睡眠或低功率模式之前在非易失性存储器（NVM）中备份其程序状态和其他必要数据是常见且必要的技术。然而，该存储器通常不受保护，因为对于这些资源受限的系统，添加鲁棒的安全措施往往是昂贵的。在本文中，我们提出了一个轻量级的安全系统的NVM在低功耗模式。这种安全架构使用忆阻器，忆阻器是一种新兴的纳米级器件，用于构建硬件安全原语，如基于PUF（物理不可克隆函数）的解密、真随机数生成器（TRNG）和存储器完整性检查。还提出了一种用于该PUF的可靠性增强技术，该技术示出了该系统即使在小于100%的可靠PUF响应下也将如何工作。总之，所有这些技术，我们已经建立了一个双层的安全协议（数据加密+完整性检查），提供合理的安全嵌入式处理器，同时是非常轻量级的面积，功率和计算时间。一个完整的系统设计展示了65 $n$ m CMOS和新兴的忆阻技术。这样，我们就提供了一个详细而准确的资源开销估计。并对整个系统的安全性进行了分析。
2020-07-09 cs.CR cs.ET
Shakedown: compiler-based moving target protection for Return Oriented Programing attacks on an industrial IoT device
网络犯罪分子使用面向返回的编程技术来攻击系统和物联网设备。虽然已经开发了防御措施，但并非所有防御措施都适用于受限设备。我们介绍了Shakedown，这是一个编译时随机构建工具，它创建了几个版本的二进制文件，每个版本都有不同的内存布局。针对一个设备开发的攻击不会在具有不同内存布局的另一个设备上起作用。我们在一个工业物联网设备上测试了Shakedown，结果表明，在阻止漏洞利用的同时，其正常功能保持不变。
2018-10-11 cs.CR
LE3D: A Lightweight Ensemble Framework of Data Drift Detectors for Resource-Constrained Devices
Toshiba Europe Ltd.（东芝欧洲有限公司）；University of Bristol（布里斯托大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）
随着物联网（IoT）传感器部署数量的增加，数据完整性变得至关重要。传感器数据可能因良性原因或恶意操作而更改。检测漂移和违规行为的机制可以防止物联网应用程序状态中的中断和数据偏差。本文介绍了LE 3D，一个集成框架的数据漂移估计能够检测异常的传感器行为。通过与周围的物联网设备协作，还可以识别漂移类型（自然/异常）并报告给最终用户。所提出的框架是一个轻量级和无监督的实现，能够在资源受限的物联网设备上运行。我们的框架也是通用的，适应新的传感器流和环境，最小的在线重新配置。我们将我们的方法与最先进的集成数据漂移检测框架进行比较，评估现实世界的检测精度以及实现的资源利用率。通过对真实数据和模拟漂移的实验，我们展示了我们方法的有效性，该方法在运行所需资源最少的情况下实现了高达97%的检测准确率。
2022-11-18 cs.CR cs.DC cs.LG
PoAh: A Novel Consensus Algorithm for Fast Scalable Private Blockchain for Large-scale IoT Frameworks
在当今的互联世界中，资源受限的设备被部署用于传感和决策应用，从智能城市到环境监测。这些资源受限的设备被连接起来，以创建通常被称为物联网（IoT）、雾计算和边缘计算的实时分布式网络。区块链在这些领域中获得了很大的兴趣，通过忽略集中式依赖来保护系统，其中工作量证明（PoW）在使整个安全解决方案分散化方面发挥着至关重要的作用。由于设备的资源限制，PoW不适合基于区块链的安全解决方案。本文提出了一种新的共识算法，称为认证证明（PoAh），它引入了一种加密认证机制，以取代PoW资源受限的设备，并使区块链应用程序特定。因此，PoAh既适合私有区块链，也适合许可区块链。此外，PoAh不仅保护了系统，还保持了系统的可持续性和可扩展性。所提出的共识算法的理论评估在仿真场景中，并在实时硬件测试床，以验证其性能。最后，讨论了PoAh及其在物联网和边缘计算场景中与区块链的集成。所提出的PoAh虽然在有限的计算机资源（例如像Raspberry Pi这样的单板计算设备）中运行，但延迟大约为3秒。
2020-01-21 cs.CR cs.DC
A Lightweight Federated Learning Approach for Privacy-Preserving Botnet Detection in IoT
University of North Dakota（北达科他大学）
针对物联网环境下传统僵尸网络检测方法的扩展性、隐私性与适应性问题，提出基于联邦学习的轻量级隐私保护检测框架，采用通信高效聚合策略，在保证检测准确率的同时大幅降低通信成本。
2025-10-03 cs.CR cs.DC cs.LG
LEP-CNN: A Lightweight Edge Device Assisted Privacy-preserving CNN Inference Solution for IoT
在资源受限的物联网设备上及时支持卷积神经网络（CNN）推理一直是新兴智能系统面临的突出挑战。为了减轻物联网设备的负担，主流的解决方案是将通常由数十亿次操作组成的CNN推理任务卸载到公共云。然而，“卸载到云”解决方案在将敏感数据移动到云时可能会导致隐私泄露。为了保护隐私，研究界已经求助于先进的加密原语和近似技术来支持CNN对加密数据的推断。因此，这些尝试会导致物联网设备上不切实际的计算开销，并降低CNN的性能。此外，依赖远程云可能会导致额外的网络延迟，甚至在网络连接关闭时使系统功能障碍。我们提出了一种非常轻量级的边缘设备辅助私有CNN推理解决方案，即LEP-CNN。LEP-CNN的主要设计基于一种新的在线/离线加密方案。LEP-CNN的解密是通过利用CNN最耗时操作的线性特性离线预先计算的。因此，LEP-CNN允许物联网设备安全地卸载超过99%的CNN操作，边缘设备可以像在明文上一样高效地对加密数据执行CNN推理。LEP-CNN还提供完整性检查选项，帮助物联网设备检测错误结果，成功率超过99%。在AlexNet上的实验表明，对于资源受限的物联网设备，LEP-CNN可以将CNN推理速度提高35倍以上。利用CryptoNets实现了一个基于同态加密的AlexNet，并与LEP-CNN进行了比较，以证明LEP-CNN在时间敏感场景下具有比基于同态加密的隐私保护神经网络更好的性能。
2019-01-14 cs.CR
Security Approaches for Data Provenance in the Internet of Things: A Systematic Literature Review
本文针对物联网资源受限设备的安全漏洞，通过系统性文献综述梳理物联网数据溯源的现有技术、实现方案、安全需求与性能指标，提出分类体系，指明开放问题与未来研究方向。
2024-11-02 cs.CR
A Prototype Model of Zero-Trust Architecture Blockchain with EigenTrust-Based Practical Byzantine Fault Tolerance Protocol to Manage Decentralized Clinical Trials
本文提出了一种零信任架构区块链（z-TAB）原型模型，结合物联网和基于EigenTrust的实用拜占庭容错（T-PBFT）共识算法，利用Hyperledger Fabric平台安全地集成和管理去中心化临床试验中的患者数据。
2024-08-29 cs.CR cs.ET cs.IR
Improved Fault Analysis on SIMECK Ciphers
物联网（IoT）的进步对我们丰富的生活体验产生了根本性的影响和影响。然而，由于物联网设备通常是资源受限的，因此轻量级块密码在充当安全物联网协议的构建块方面发挥了重要作用。在CHES 2015中，SIMERK是一种分组密码家族，专为资源受限的物联网设备而设计。自其发布以来，对其安全性进行了许多分析。本文在一位翻转模型下，提出了一种新的对SIMEK密码的有效故障分析攻击。与以前报道的攻击相比，我们的攻击可以恢复完整的主密钥注入故障到所有SIMEK家族成员只有一个回合。这个属性是至关重要的，因为攻击者不可能在现实世界中的物联网设备上将故障注入SIMERK实现的不同回合。具体来说，我们的攻击的特点是行使正确和错误的即时密文之间的差分线索的深入分析。大量的仿真评估进行，结果证明了我们提出的攻击的有效性和正确性。
2020-10-11 cs.CR
Enabling Micro-payments on IoT Devices using Bitcoin Lightning Network
闪电网络（LN）通过利用链下交易解决了比特币的可扩展性问题。然而，由于其存储、内存和处理要求，不可能在资源受限的物联网设备上运行LN。因此，在本文中，我们提出了一种高效且安全的协议，该协议使物联网设备能够通过网关LN节点使用LN的功能。该想法是通过将原始的2/2多重签名通道替换为3/3多重签名通道，使IoT设备利用其数字签名参与LN操作。我们的协议强制LN网关为通道上的所有操作请求IoT设备的加密签名。我们通过在Raspberry Pi上实现收费支付场景来评估所提出的协议，并证明了其可行性和安全性。
2021-03-13 cs.CR
Multi-Party Computation in IoT for Privacy-Preservation
随着物联网辅助智能系统及其无处不在的智能传感器的使用越来越多，隐私保护一直是一个严重的问题。为了解决这个问题，智能系统正在被训练成更多地依赖聚合数据，而不是直接使用原始数据。然而，大多数现有的隐私保护数据聚合的策略，或者依赖于计算密集型的同态加密为基础的操作或通信密集型的协作机制。不幸的是，没有一种方法直接适用于资源受限的物联网系统。在这项工作中，我们利用基于并发传输的通信技术来有效地实现基于多方计算（MPC）的策略，即著名的Shamir秘密共享（SSS），并对其进行优化，使其适用于现实世界的物联网系统。
2022-06-04 cs.CR
A Blockchain-Based Audit Mechanism for Trust and Integrity in IoT-Fog Environments
University of Montreal（蒙特利尔大学）；Polytechnique Montreal（蒙特利尔理工大学）
本文提出一种基于区块链的物联网-雾计算审计机制，通过简化认证与货币化、服务审计验证完整性以及激励惩罚机制，保障去中心化环境中雾节点的可信与诚实。
2026-11-09 cs.CR
A Framework for Post Quantum Migration in IoT-Based Healthcare Systems
University of Wyoming（怀俄明大学）；University of New South Wales (UNSW)（新南威尔士大学）；University College Cork (UCC)（科克大学）；Concordia University of Edmonton（埃德蒙顿协和大学）
本文提出一个综合迁移框架，通过分阶段混合方法与加密敏捷性，帮助物联网医疗系统向抗量子加密过渡，重点考虑资源受限设备和互操作性挑战。
2026-04-16 cs.CR
Security and Machine Learning Adoption in IoT: A Preliminary Study of IoT Developer Discussions
物联网（IoT）被定义为地点和物理对象之间的连接（即，事物）经由智能计算设备通过因特网/网络。传统上，我们通过对物联网开发人员/从业人员进行调查来了解物联网生态系统/问题。另一种学习方法是分析流行的在线开发者论坛（如Stack Overflow（SO））中的物联网开发者讨论。然而，我们知道没有这样的研究，专注于物联网开发人员的安全性和ML相关的讨论在SO。本文提供了SO中物联网开发人员讨论的初步研究结果。我们发现大约12%的句子包含安全讨论，而大约0.12%的句子包含ML相关的讨论。我们发现，物联网开发人员在讨论安全问题时经常询问如何在物联网设备和用户之间安全地存储、共享和传输共享数据。我们还发现，物联网开发人员有兴趣将基于深度神经网络的ML模型应用到他们的物联网设备中，但他们发现将这些模型应用到资源受限的物联网设备中具有挑战性。我们的研究结果为物联网供应商和研究人员开发和设计新技术以提高物联网设备的安全性和ML采用提供了启示。
2021-04-01 cs.CR cs.SE
Design and Prototype of a Unified Framework for Error-robust Compression and Encryption in IoT
本文提出统一框架ENCRUST及其轻量变体L-ENCRUST，融合压缩感知、加密与差错恢复，在资源受限的TelosB节点上以更低内存、加密时间和能耗优于现有方案。
2024-10-18 cs.CR
Feature-Oriented IoT Malware Analysis: Extraction, Classification, and Future Directions
本综述全面梳理物联网恶意软件特征提取技术，涵盖静态、动态及混合方法，并探讨图学习表示策略，比较优劣，指出挑战与未来方向。
2025-09-25 cs.CR
Thinking Out of the Blocks: Holochain for Distributed Security in IoT Healthcare
物联网（IoT）是一种新兴的认知技术，它通过互联网将大量智能物理设备与在不同平台上运行的虚拟对象连接起来。物联网越来越多地在分布式环境中实施，几乎在我们生活的每个领域都留下了足迹。不幸的是，对于医疗保健系统来说，连接到物联网网络的实体面临着前所未有的安全威胁。物联网医疗系统依赖于大量的敏感和个人数据，在保护数据安全和隐私方面面临着独特的挑战。尽管区块链由于其固有的分布式账本技术（DLT）而成为这种情况下的解决方案，但它受到了随着网络规模增加存储和计算需求的重大挫折。本文提出了一种基于全息链的安全和隐私保护框架，用于物联网医疗系统，克服了这些挑战，特别适合资源受限的物联网场景。性能和全面的安全分析表明，与区块链和其他现有系统相比，基于全息链的物联网医疗系统要好得多。
2021-03-01 cs.CR
On Runtime Software Security of TrustZone-M based IoT Devices
物联网（IoT）设备已经越来越多地融入我们的日常生活。然而，这样的智能设备遭受广泛的攻击面。特别是，如果物联网设备使用资源受限的微控制器（MCU），则在运行时针对设备软件的攻击具有挑战性。TrustZone-M是MCU的TrustZone扩展，是一种新兴的安全技术，可增强基于MCU的物联网设备。本文首次对启用TrustZone-M的MCU中的潜在软件安全问题进行了安全分析。我们探讨了基于堆栈的缓冲区溢出（BOF）攻击的代码注入，面向返回的编程（ROP）攻击，基于堆的BOF攻击，格式字符串攻击，和攻击非安全可调用（NSC）的上下文中的TrustZone-M的功能。我们使用启用TrustZone-M的SAM L11 MCU验证这些攻击。还讨论了减轻这些软件攻击的策略。
2020-07-12 cs.CR
JEDI: Many-to-Many End-to-End Encryption and Key Delegation for IoT
随着物联网（IoT）在未来十年的出现，为IoT设备开发安全通信至关重要。为智能建筑或智能城市等大规模物联网系统实现端对端加密具有挑战性，因为多个主体通常通过中介间接交互，这意味着消息的接收者事先不知道。提出了一种多对多的物联网端对端加密协议JEDI（Joining Encryption and Delegation for IoT）。JEDI端到端加密和签名消息，同时符合物联网系统典型的解耦通信模型。JEDI的密钥支持过期和细粒度的数据访问，这在物联网中很常见。此外，JEDI允许主体将其密钥（在到期或范围方面受到限制）委托给其他主体，从而以可伸缩的分布式方式授予对数据的访问权限并管理访问控制。通过精心的协议设计和实现，JEDI可以在物联网设备中运行，包括在CPU、内存和能耗方面受到严重限制的超低功耗深度嵌入式传感器。我们将JEDI应用于现有的物联网消息传递系统，并证明其开销适中。
2020-03-03 cs.CR
Bitcoin Payment-channels for Resource Limited IoT Devices
资源受限的设备无法在内存中维护比特币区块链的完整副本。本文提出了一种面向物联网设备的双向支付通道框架。该框架利用类似比特币闪电网络的支付渠道，处理和存储要求低。该协议使物联网设备能够在不查看区块链的情况下打开和维护与传统比特币节点的支付渠道。与现有的解决方案不同，它不需要可信的第三方与区块链进行交互，也不像SPV客户端那样给点对点网络带来负担。本文的贡献包括双向比特币支付渠道的安全和加密经济公平协议。此外，我们证明了该协议的安全性和公平性，制定它作为一个游戏中，达到均衡时，所有的球员都遵循协议。
2018-12-26 cs.CR
