Internet of Things (IoT) devices are devices with embedded sensors or software. Their usage is becoming more prevalent. They are used for smart homes, traffic tracking, weather data and sensor networks. Often IoT devices communicate wirelessly using low-power protocols. A wireless connection provides an easy way to eavesdrop on personal data or even hijack connections. Thus security measures need to be taken. Our thesis looks at a specific IoT operating system, Contiki-NG, and describes the porting process of a Transportation Layer Protocol (TLS) protocol library, MbedTLS. The porting process consists of specific modules that need to be adapted to the Contiki-NG environment. After porting, example programs that send and receive datawere written to enable performance testing that includes execution time, runtime memory usage and code space. The results of the tests were analyzed and evaluated. The produced implementation from porting MbedTLS to Contiki-NG provides a secure connection between two hosts running the TLS protocol. The highly configurable nature of MbedTLS allows the implementation to be adapted to comply to the resource constraints of platforms supported by Contiki-NG. / Internet of Things (IoT)-enheter är enheter med inbyggda sensorer eller mjukvara. Deras användning blir allt vanligare. De används för smarta hem, trafikspårning, väderdata och sensornätverk. Ofta kommunicerar IoT-enheter trådlöst med protokoll med låg energiförbrukning. En trådlös anslutning ger ett enkelt sätt att avlyssna personuppgifter eller till och med att kapa anslutningar. Därför måste säkerhetsåtgärder vidtas. Vårt examensarbete täcker ett specifikt IoT-operativsystem Contiki-NG och beskriver en portningsprocess av ett TLS-protokollbibliotek (Transportation Layer Protocol), MbedTLS. Portningen består av specifika moduler som behöver anpassas till den ursprungliga Contiki-NG-miljön. Efter portningen skrevs exempelprogram som skickar och tar emot data för att möjliggöra prestandatestning som inkluderar exekveringstid, minnesanvändning och kodutrymme. Resultaten av testerna analyserades och utvärderades. Den framställda implementeringen från att överföra MbedTLS till Contiki- NG gav en säker anslutning mellan de två ändpunkterna som kommunicerar med TLS-protokollet. Den i hög grad konfigurerbara karaktären hos MbedTLS gjorde det möjligt att anpassa implementeringen för att följa resursbegränsningarna för plattformar som stöds av Contiki-NG.

As society becomes more digitalized, cyberattacks are increasingly common and severe. Security in the Internet of Things (IoT) is essential, and IoT devices must be updated to patch vulnerabilities. The thesis aims to investigate the question "How can the Software Updates for Internet of Things (SUIT) specification be applied to develop a technology-agnostic and interoperable update architecture for heterogeneous networks of Internet of Things devices?" The thesis project studied the SUIT specifications to gain an understanding of what such an architecture must provide. Five high-level domains were identified and further discussed:1) roles of devices, servers, and operators, 2) key management, 3) device profiles, 4) authorization, and 5) update handling. The architecture was shown to fulfill the requirements SUIT imposes on the architecture and information model, while being flexible and extensible. A prototype was developed in the Contiki-NG operating system to evaluate the feasibility of the architecture. The thesis found that applying the proposed architecture to constrained systems is feasible and would enable updates in heterogeneous IoT networks. / I takt med att samhället blir digitaliserat blir digitala attacker vanligare och får ökade konsekvenser. Säkerhet inom Internet of Things (IoT) är kritiskt och IoT-enheter måste kunna uppdateras för att laga sårbarheter. Denna uppsats ämnar att undersöka frågan "Hur kan Software Updates for Internet of Things (SUIT)-specifikationen appliceras för att utveckla en teknologiskt agnostisk och kompatibel uppdateringsarkitektur för heterogena nätverk av Internet of Things-enheter?"Uppsatsen studerade SUIT-specifikationen för att förstå vad en sådan arkitektur måste erbjuda. Fem abstrakta domänområden identifierades och diskuterades: 1) roller för enheter, uppdateringsservrar, och operatörer, 2) nyckelhantering, 3) enhetsprofiler, 4) auktorisering, och 5) lokal uppdateringshantering. Arkitekturen visades uppfylla de krav SUIT ställer på en arkitektur och informationsmodell samt var flexibel och kunde utökas. En prototyp utvecklades i Contiki-NG operativsystemet för att utvärdera genomförbarheten hos arkitekturen. Uppsatsen fann att det är rimligt att applicera den föreslagna arkitekturen på resursbegränsade enheter, vilket skulle möjliggöra uppdateringar för heterogena IoT-nätverk.

OMA’s Lightweight Machine to Machine (LwM2M) is an application protocol for device management in the Internet of Things (IoT) that has been recently published and widely adopted in a lot of projects. The protocol is designed to operate in sensor networks and machine-to-machine environments, where one of the main constraints is the energy consumption since the nodes are usually battery powered. Different strategies to achieve high energy efficiency in IoT networks have been developed, but there is no deep knowledge about the performance of LwM2M operating with them. Moreover, the specification of this protocol includes one strategy, called the Queue Mode, which could be more efficient than the usual ones because it has been specified for this particular protocol. This project aims to implement this Queue Mode at both sides of the communication, and then evaluate its performance by comparing it with TSCH, which is the standard MAC protocol used in IEEE 802.15.4 that defines a way of radio duty cycling. It has been proven to achieve a high energy efficiency, and that is the main reason why it is selected. The comparison is performed according to several metrics to have a comprehensive evaluation, and in different kind of scenarios, with different numbers of IoT devices and different parameters in the communication. The implementation was done inside the Contiki-NG OS for the client side, which is an operating systems designed for constrained devices. For the server side it has been carried out inside the Eclipse Leshan code, which is a LwM2M implementation in Java made by the Eclipse Foundation. As a result of the evaluation, it shown that both implementations operate correctly. This thesis contributes as a guideline for making decisions about which low power strategy is better to use depending on the IoT scenario and the type of application. It shows that for many use cases Queue Mode is a better option than TSCH because it achieves a higher energy efficiency and the rest of the metrics used in the evaluation have also improved values. TSCH has a better performance only in demanding scenarios or in cases where the communication is not produced at fixed time instants. The thesis was developed in cooperation with RISE SICS AB, Networked Embedded Systems Group. / OMA:s Lightweight Machine to Machine (LwM2M) är ett applikationsprotokoll för enhetshantering i Sakernas Internet (IoT) som nyligen har publicerats och börjat användas i många projekt. Protokollet är utformat för att fungera i sensornätverk och maskin-till-maskin miljöer, där en av de viktigaste begränsningarna är energiförbrukningen eftersom noderna vanligtvis är batteridrivna. Olika strategier för att uppnå hög energieffektivitet i sensornätverk har utvecklats, men det finns ingen djup kunskap om hur LwM2M fungerar med dem. Dessutom innehåller specifikationen av LwM2M en strategi kallad Queue Mode (köläge) som kan vara effektivare än de vanliga strategierna eftersom den har utvecklats direkt för det här protokollet.Detta examensarbete syftar till att implementera detta köläge på båda sidor av kommunikationen och sedan utvärdera prestandan genom att jämföra det med TSCH, vilket är ett MAC-protokoll specificerat i IEEE 802.15.4-standarden. Tidigare arbeten har visat att TSCH kan uppnå en låg energiförbrukning, vilket är den främsta anledningen till att detta protokoll väljs ut för att jämföra mot LwM2M:s köläge. Jämförelsen inkluderar flera olika typer av mätvärden och scenarier för att få en omfattande utvärdering, samt med flera olika antal sensor noder och parametrar.Implementationen gjordes för Contiki-NG OS på klientsidan, vilket är ett operativsystem för resursbegränsade IoT-enheter. På serversidan har implementationen gjorts för Eclipse Leshan, vilken är en LwM2M-implementation skriven i Java och publicerad av Eclipse Foundation. Som en följd av utvärderingen har det visat sig att båda implementationerna fungerar korrekt.Detta examensarbete bidrar med riktlinjer för att fatta beslut om vilken energibesparingsstrategi som är bättre att använda beroende på IoT-scenariot och typen av applikation. Utvärderingen visar hur Queue Mode i många användningsfall är ett bättre alternativ än TSCH eftersom det uppnår en högre energieffektivitet utan att de andra typerna av mätvärden påverkas av det. I vissa fall uppnås dessutom förbättrade resultat även i de andra typerna av mätvärden. TSCH har endast bättre prestanda i krävande scenarier eller i fall där kommunikationen inte genereras vid bestämda tillfällen.Examensarbetet har genomförts hos Networked Embedded Systems-gruppen på RISE SICS AB.

The rapid development of Internet of Things (IoT) devices has brought unparalleled convenience and efficiency to our daily lives. However, with this exponential growth comes the pressing need to address the critical security challenges posed by these interconnected devices. IoT devices are typically resource-constrained, lacking the robust computing power and memory capacity of traditional computing systems, which often leads to a lack of adequate security mechanisms and leaves them vulnerable to various attacks. This master’s thesis contributes by investigating a secure mechanism that utilizes the hardware isolation provided by the TrustZone technology found in ARM’s Cortex-M processors. TrustZone is a hardware-based security extension in ARM processors that enables a secure, isolated environment for executing sensitive code alongside a regular, non-secure operating system. This thesis uses this mechanism and implements a Trusted Execution Environment (TEE) in the secure environment of TrustZone that monitors the resource usage of applications running in the non-secure operating system. The aim of the TEE is to monitor the network communication and the CPU usage of the applications running on the IoT device, protecting its integrity and detecting any abnormal behavior. The implementation is done inside the Contiki-NG operating system, a well-known operating system designed for constrained IoT devices. The thesis conducts a comprehensive evaluation of the developed security solution through extensive experiments using two micro-benchmarks. It analyzes the impact of the security mechanism on various aspects of the IoT device, such as runtime overhead, energy consumption, and memory requirements, while taking into account the resource constraints. Furthermore, the effectiveness of the security solution in identifying malicious activities and abnormal behaviors is thoroughly assessed. The findings demonstrate that the TrustZone-based security mechanism introduces relatively minimal overhead to the device’s operation, making it a viable option for IoT devices that can accommodate such slight performance impacts. The research sheds light on the critical issue of IoT device security, emphasizing the need for tailored solutions that consider the resource constraints of these devices. It presents an alternative solution that utilizes TrustZone’s hardware isolation to effectively monitor the applications running in IoT devices and opens a new approach to securing such kinds of devices. / Den snabba utvecklingen av Internet of Things (IoT)-enheter har gett oöverträffad bekvämlighet och effektivitet i våra dagliga liv. Men med denna exponentiella tillväxt kommer det trängande behovet att ta itu med de kritiska säkerhetsutmaningarna som dessa sammankopplade enheter utgör. IoT-enheter är vanligtvis resursbegränsade och saknar den robusta datorkraften och minneskapaciteten hos traditionella datorsystem, vilket ofta leder till brist på adekvata säkerhetsmekanismer och gör dem sårbara för olika attacker. Denna rapport bidrar genom att undersöka en säker mekanism som använder hårdvaruisoleringen som tillhandahålls av TrustZone-teknologin som finns i ARMs Cortex-M-processorer. TrustZone är ett hårdvarubaserad säkerhetstillägg i ARM-processorer som möjliggör en säker, isolerad miljö för exekvering av känslig kod tillsammans med ett vanligt, osäkrat operativsystem. Denna rapport använder denna mekanism och implementerar ett Trusted Execution Environment (TEE) i den säkra miljön i TrustZone som övervakar resursanvändningen av applikationer som körs i det osäkra operativsystemet. Syftet med TEE är att övervaka nätverkskommunikationen och CPU-användningen för de applikationer som körs på IoT-enheten, skydda dess integritet och upptäcka eventuellt onormalt beteende. Implementeringen görs i operativsystemet Contiki-NG, ett välkänt operativsystem designat för begränsade IoT-enheter. Rapporten genomför en omfattande utvärdering av den utvecklade säkerhetslösningen genom omfattande experiment med två mikroriktmärken. Den analyserar effekten av säkerhetsmekanismen på olika aspekter av IoTenheten, såsom overhead under drift, energiförbrukning och minneskrav, samtidigt som resursbegränsningarna tas i beaktande. Dessutom utvärderas effektiviteten grundligt hos säkerhetslösningen för att identifiera skadliga aktiviteter och onormala beteenden. Resultaten visar att den TrustZonebaserade säkerhetsmekanismen introducerar relativt minimal overhead för enhetens drift, vilket gör det till ett genomförbart alternativ för IoT-enheter som kan hantera en liten prestandapåverkan. Forskningen belyser den kritiska frågan om IoT-enhetssäkerhet och betonar behovet av skräddarsydda lösningar som tar hänsyn till dessa enheters resursbegränsningar. Den presenterar en alternativ lösning som använder TrustZones hårdvaruisolering för att effektivt övervaka applikationer som körs i IoT-enheter och öppnar ett nytt tillvägagångssätt för att säkra sådana typer av enheter.

The Internet of Things (IoT) comprises many small, embedded devices that operate on severe resource constraints concerning energy, bandwidth, and memory footprints. Software for such devices has traditionally been implemented using relatively low-level languages such as C, which makes it susceptible to introducing bugs or flaws that can compromise the security of the device. This thesis adds interpreted WebAssembly (WASM) bytecode execution to Contiki-NG – an operating system for the next generation IoT devices. This is done using an open-source WASM runtime called WebAssembly Micro Runtime (WAMR). It creates an isolated and secure environment for applications to be executed in that has restricted access to the host operating system. To support the event-driven approach of Contiki-NG, the bytecode execution can be interrupted and resumed as needed, allowing the operating system to handle pending events without significant delays. The result is a way for applications written in a variety of programming languages to be safely executed in Contiki-NG and to interact with its APIs. When tested on Nordic Semiconductor's nRF52840 System-on-Chip (SoC), applications executed as bytecode resulted in an increase in binary size of 2.7-3.1x, and a performance penalty of around 9.2x for C-generated bytecode, and 10.3x for Rust-generated bytecode. For less compute-intensive applications, the performance penalty is not as prominent but still displays a sizable increase in energy consumption compared to native execution.