The Internet of Things and the constrained environment that comes from the growth of constrained devices connected to the Internet brings new security challenges that cannot be solved in a satisfactory way with only transport layer security. A more flexible solution is required, both to protect sensitive data and user privacy but also to distribute policies in a secure and standardized way. The same privacy problems arise in the general web setting with processing and storage more and more moving into the cloud. One solution is to move the security higher up in the network stack and to protect objects instead of byte streams, as proposed in the IETF draft [15] evaluated in this thesis. Focusing on this solution, an implementation has been proposed, and tests and measurements have been carried out to show its overhead. The implementation, as well as the measurement results, is presented in this work. / I takt med att ”Internet of things” växer och antalet begränsade enheter ökar uppstår allt fler säkerhetsutmaningar som inte kan lösas tillräckligt bra med transport layer security. Det finns ett behov av en mer flexibel lösning, dels för att skydda känslig data och användarnas integritet och dels för att distribuera policyer på ett säkert och standardiserat sätt. Samma integritetsproblem återfinns i generella webbmiljön då beräkning och lagring blir mer molnbaserat. En lösning på problemet är att flytta säkerhetsåtgärder högre upp i internetstacken och skydda objekt istället för byte-strömmar. Dessa säkerhetsåtgärder har föreslagits i utkastet från IETF [15] som utvärderas i denna avhandling. En implementation, med fokus på denna lösningen, föreslås i avhandlingen. Tester och mätningar har utförts för att visa lösningens overhead. Genomförandet av testerna och mätresultaten presenteras också i detta arbete.

During the last decade, the number of devices capable of connecting to the Internet has grown enormously. The Internet of Things describes a scenario where Internet connected devices are ubiquitous and even the smallest device has a connection to the Internet. Many of these devices will be running on constrained platforms with limited power and computing resources. Implementing protocols that are both secure and resource efficient is challenging. Current protocols have generally been designed for mains powered devices; hence, they are not optimized for running on constrained devices. The Constrained Application Protocol (CoAP) is a protocol for network communication specifically designed for constrained devices. This thesis project examines CoAP and presents an extension that adds authentication in a way that is suitable for constrained devices, with respect to minimizing resource use. The proposed solution has been compared and contrasted with other alternatives for authentication, particularly those alternatives used with CoAP. It has also been implemented in code and experimentally evaluated with regards to performance versus vanilla CoAP. The main goal of this project is to implement a lightweight authentication extension for CoAP to be deployed and evaluated on constrained devices. This extension, called Short Message Authentication ChecK (SMACK), can be used on devices that require a method for secure authentication of messages while using only limited power. The main goal of the extension is to protect against battery exhaustion and denial of sleep attacks. Other benefits are that the extension adds no additional overhead when compared with the packet structure described in the latest CoAP specification. Minimizing overhead is important since some constrained networks may only support low bandwidth communication. / Under det senaste århundradet har antalet enheter som kan ansluta sig till Internet ökat enormt. ”The Internet of Things” beskriver ett scenario där Internet-anslutna enheter är närvarande överallt och även den minsta enhet har en uppkoppling till Internet. Många av dessa enheter kommer att vara begränsade plattformar med restriktioner på både kraft- och beräkningsresurser. Att implementera protokoll som både är säkra och resurseffektiva är en utmaning. Tillgängliga protokoll har i regel varit designade för enheter med anslutning till det fasta kraftnätet; på grund av detta är de inte optimerade för att köras på begränsade plattformar. Constrained Application Protocol (CoAP) är ett protokoll för nätverkskommunikation speciellt framtaget för begränsade plattformar. Denna uppsats undersöker CoAP protokollet och presenterar ett tillägg som erbjuder autentisering på ett sätt som passar begränsade plattformar, med avseende på att minimera resursanvändning. Den föreslagna lösningen har blivit beskriven och jämförd med andra alternativ för autentisering, speciellt de alternativ som används med CoAP. Lösningen har också implementerats i kod och blivit experimentellt utvärderad när det gäller prestanda jämfört med standardversionen av CoAP. Det huvudsakliga målet för detta projekt är att implementera en lättviktslösning för autentisering till CoAP som ska installeras och utvärderas på begränsade plattformar. Detta tillägg, Short Message Authentication checK (SMACK), kan användas på enheter som behöver en metod för säker autentisering av meddelanden samtidigt som kraftåtgången hålls låg. Huvudmålet för detta tillägg är att skydda mot batteridräneringsattacker och attacker som hindrar en enhet från att gå i viloläge. Andra fördelar är att tillägget inte kräver någon extra dataanvändning jämfört med paketstrukturen som beskrivs i den senaste CoAP-specifikationen. Att minimera overhead i kommunikationsprotokoll är viktigt eftersom vissa begränsade nätverk endast stödjer kommunikation över låg bandbredd.

With the rapid development of the Internet of Things, Wireless Sensor Networks (WSNs) are deployed increasingly all over the world, providing data that can help increase sustainable development. Currently in Uppsala, Sweden, the GreenIoT project monitors air pollution by using WSNs. The resource constrained nature of WSNs demand that special care is taken in the design of communication models and communication protocols. The publish-subscribe (pub/sub) model suits WSNs very well since it puts an intermediary the broker server between sensor nodes and clients, thus alleviating the workload of the sensor nodes. The IETF (Internet Engineering Task Force) is currently in the process of standardizing a pub/sub extension to the Constrained Application Protocol (CoAP). Since the extension is such a recent addition to CoAP and not yet standardized, there are very few actual implementations of it and little is known of how it would work in practice. The GreenIoT project is considering replacement of their current pub/sub broker with the CoAP pub/sub broker since its underlying implementation is likely to be more energy efficient and the standardizing organization behind CoAP is the well-esteemed IETF. On a general level, this report offers an investigation of the problems and challenges faced when implementing the CoAP pub/sub extension with respect to design choices, implementation and protocol ambiguities. More specifically, a CoAP pub/sub broker is implemented for the GreenIoT project. By means of carefully analyzing the CoAP protocol and CoAP pub/sub draft as well as other necessary protocols, then proceeding to make decisions of what programming language to use as well as what existing CoAP library to use, a broker server was implemented and tested iteratively as the work proceeded. The implementation gave rise to several questions regarding the pub/sub draft which are also discussed in the report. / Den hastiga utvecklingen av Sakernas Internet över hela världen har medfört ett ökat användande av trådlösa sensornätverk vars datainsamling kan bidra till en mer hållbar utveckling. För närvarande använder sig GreenIoT-projektet i Uppsala av trådlösa sensornätverk för att övervaka halterna av luftföroreningar. Resursbegränsningarna för dylika nätverk medför att särskild hänsyn måste tas vid design av såväl kommunikationsmodeller som kommunikationsprotokoll. Modellen Publicera-Prenumerera (pub/pre) passar ypperligt för trådlösa sensornätverk då en mellanhand placeras mellan klient och server en s.k. broker vilket får den positiva effekten att att sensornoderna avlastas. För närvarande är IETF (Internet Engineering Task Force) i färd med att standardisera en pub/pre-utvidgning av det redan standardiserade CoAP (Constrained Application Protocol). Eftersom att utvidgningen är så pass ny finns ytterst få implementationer av den och man vet därmed väldigt lite om hur den faktiskt fungerar i praktiken. GreenIoT-projektet överväger att ersätta sin nuvarande pub/pre-broker med en CoAP pub/pre-broker eftersom att energianvändningen kan antas bli lägre samt att standardiseringsorganisationen bakom CoAP är det välrenommerade IETF. Sett ur ett större perspektiv erbjuder denna rapport en undersökning av de problem och utmaningar man ställs inför vid implementation av CoAP pub/pre-utvidgningen med avseende på designval, implementationsval, och protokolltvetydigheter. Mer konkret implementeras en CoAP pub/pre-broker åt GreenIoT-projektet. Genom att först noggrant analysera CoAP-protokollet, CoAP pub/pre-utkastet, liksom andra nödvändiga protokoll, för att därefter bestämma vilket programmeringsspråk och vilket existerande CoAP-bibliotek som skulle användas, implementerades en broker server som testades iterativt under processens gång. Ett flertal frågor som uppstod rörande pub/pre-utkastet presenteras och diskuteras i rapporten.

RealTest is a company located in V¨aster˚as, Sweden, that works with embedded systems and test systems. RealTest had a need for a new test system for one of their products, the MiniTester (MT) mk2 that is used to test Drive Control Units (DCUs) used on trains. The problems that had to be solved were, finding out the most common faults of the product, make the test system modifiable and scalable, have a software running on a Windows PC with a working GUI and test logic and design a hardware component measurement unit to generate and measure signals. The system described in this report is the software parts of the developed MiniTest tester that runs on a Windows PC as well as the hardware design. The programming of the measurement unit and the testing of that unit is not covered by this report. The hardware consist of custom PCBs and Arduino boards. The Windows PC programs implemented a GUI and test logic according to the goals with a few exceptions left for further work. These programs have been evaluated by emulating the hardware. The system is shown to be modifiable in practice by implementation and scalable in theory