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Abstract(s)
The IoT means a world-wide network of interconnected objects based on standard communication
protocols. An object in this context is a quotidian physical device augmented with
sensing/actuating, processing, storing and communication capabilities. These objects must be
able to interact with the surrounding environment where they are placed and to cooperate with
neighbouring objects in order to accomplish a common objective. The IoT objects have also the
capabilities of converting the sensed data into automated instructions and communicating them
to other objects through the communication networks, avoiding the human intervention in several
tasks. Most of IoT deployments are based on small devices with restricted computational
resources and energy constraints. For this reason, initially the scientific community did not
consider the use of IP protocol suite in this scenarios because there was the perception that it
was too heavy to the available resources on such devices. Meanwhile, the scientific community
and the industry started to rethink about the use of IP protocol suite in all IoT devices and now
it is considered as the solution to provide connectivity between the IoT devices, independently
of the Layer 2 protocol in use, and to connect them to the Internet. Despite the use of IP suite
protocol in all devices and the amount of solutions proposed, many open issues remain unsolved
in order to reach a seamless integration between the IoT and the Internet and to provide the
conditions to IoT service widespread. This thesis addressed the challenges associated with the
interconnectivity between the Internet and the IoT devices and with the security aspects of
the IoT. In the interconnectivity between the IoT devices and the Internet the problem is how
to provide valuable information to the Internet connected devices, independently of the supported
IP protocol version, without being necessary accessed directly to the IoT nodes. In order
to solve this problem, solutions based on Representational state transfer (REST) web services
and IPv4 to IPv6 dual stack transition mechanism were proposed and evaluated. The REST web
service and the transition mechanism runs only at the border router without penalizing the IoT
constrained devices. The mitigation of the effects of internal and external security attacks
minimizing the overhead imposed on the IoT devices is the security challenge addressed in this
thesis. Three different solutions were proposed. The first is a mechanism to prevent remotely
initiated transport level Denial of Service attacks that avoids the use of inefficient and hard to
manage traditional firewalls. It is based on filtering at the border router the traffic received
from the Internet and destined to the IoT network according to the conditions announced by
each IoT device. The second is a network access security framework that can be used to control
the nodes that have access to the network, based on administrative approval, and to enforce
security compliance to the authorized nodes. The third is a network admission control framework
that prevents IoT unauthorized nodes to communicate with IoT authorized nodes or with
the Internet, which drastically reduces the number of possible security attacks. The network
admission control was also exploited as a management mechanism as it can be used to manage
the network size in terms of number of nodes, making the network more manageable, increasing
its reliability and extending its lifetime.
A IoT (Internet of Things) tem suscitado o interesse tanto da comunidade académica como da indústria, uma vez que os campos de aplicação são inúmeros assim como os potenciais ganhos que podem ser obtidos através do uso deste tipo de tecnologia. A IoT significa uma rede global de objetos ligados entre si através de uma rede de comunicações baseada em protocolos standard. Neste contexto, um objeto é um objeto físico do dia a dia ao qual foi adicionada a capacidade de medir e de atuar sobre variáveis físicas, de processar e armazenar dados e de comunicar. Estes objetos têm a capacidade de interagir com o meio ambiente envolvente e de cooperar com outros objetos vizinhos de forma a atingirem um objetivo comum. Estes objetos também têm a capacidade de converter os dados lidos em instruções e de as comunicar a outros objetos através da rede de comunicações, evitando desta forma a intervenção humana em diversas tarefas. A maior parte das concretizações de sistemas IoT são baseados em pequenos dispositivos autónomos com restrições ao nível dos recursos computacionais e de retenção de energia. Por esta razão, inicialmente a comunidade científica não considerou adequado o uso da pilha protocolar IP neste tipo de dispositivos, uma vez que havia a perceção de que era muito pesada para os recursos computacionais disponíveis. Entretanto, a comunidade científica e a indústria retomaram a discussão acerca dos benefícios do uso da pilha protocolar em todos os dispositivos da IoT e atualmente é considerada a solução para estabelecer a conetividade entre os dispositivos IoT independentemente do protocolo da camada dois em uso e para os ligar à Internet. Apesar do uso da pilha protocolar IP em todos os dispositivos e da quantidade de soluções propostas, são vários os problemas por resolver no que concerne à integração contínua e sem interrupções da IoT na Internet e de criar as condições para a adoção generalizada deste tipo de tecnologias. Esta tese versa sobre os desafios associados à integração da IoT na Internet e dos aspetos de segurança da IoT. Relativamente à integração da IoT na Internet o problema é como fornecer informação válida aos dispositivos ligados à Internet, independentemente da versão do protocolo IP em uso, evitando o acesso direto aos dispositivos IoT. Para a resolução deste problema foram propostas e avaliadas soluções baseadas em web services REST e em mecanismos de transição IPv4 para IPv6 do tipo pilha dupla (dual stack). O web service e o mecanismo de transição são suportados apenas no router de fronteira, sem penalizar os dispositivos IoT. No que concerne à segurança, o problema é mitigar os efeitos dos ataques de segurança internos e externos iniciados local e remotamente. Foram propostas três soluções diferentes, a primeira é um mecanismo que minimiza os efeitos dos ataques de negação de serviço com origem na Internet e que evita o uso de mecanismos de firewalls ineficientes e de gestão complexa. Este mecanismo filtra no router de fronteira o tráfego com origem na Internet é destinado à IoT de acordo com as condições anunciadas por cada um dos dispositivos IoT da rede. A segunda solução, é uma framework de network admission control que controla quais os dispositivos que podem aceder à rede com base na autorização administrativa e que aplica políticas de conformidade relativas à segurança aos dispositivos autorizados. A terceira é um mecanismo de network admission control para redes 6LoWPAN que evita que dispositivos não autorizados comuniquem com outros dispositivos legítimos e com a Internet o que reduz drasticamente o número de ataques à segurança. Este mecanismo também foi explorado como um mecanismo de gestão uma vez que pode ser utilizado a dimensão da rede quanto ao número de dispositivos, tornando-a mais fácil de gerir e aumentando a sua fiabilidade e o seu tempo de vida.
A IoT (Internet of Things) tem suscitado o interesse tanto da comunidade académica como da indústria, uma vez que os campos de aplicação são inúmeros assim como os potenciais ganhos que podem ser obtidos através do uso deste tipo de tecnologia. A IoT significa uma rede global de objetos ligados entre si através de uma rede de comunicações baseada em protocolos standard. Neste contexto, um objeto é um objeto físico do dia a dia ao qual foi adicionada a capacidade de medir e de atuar sobre variáveis físicas, de processar e armazenar dados e de comunicar. Estes objetos têm a capacidade de interagir com o meio ambiente envolvente e de cooperar com outros objetos vizinhos de forma a atingirem um objetivo comum. Estes objetos também têm a capacidade de converter os dados lidos em instruções e de as comunicar a outros objetos através da rede de comunicações, evitando desta forma a intervenção humana em diversas tarefas. A maior parte das concretizações de sistemas IoT são baseados em pequenos dispositivos autónomos com restrições ao nível dos recursos computacionais e de retenção de energia. Por esta razão, inicialmente a comunidade científica não considerou adequado o uso da pilha protocolar IP neste tipo de dispositivos, uma vez que havia a perceção de que era muito pesada para os recursos computacionais disponíveis. Entretanto, a comunidade científica e a indústria retomaram a discussão acerca dos benefícios do uso da pilha protocolar em todos os dispositivos da IoT e atualmente é considerada a solução para estabelecer a conetividade entre os dispositivos IoT independentemente do protocolo da camada dois em uso e para os ligar à Internet. Apesar do uso da pilha protocolar IP em todos os dispositivos e da quantidade de soluções propostas, são vários os problemas por resolver no que concerne à integração contínua e sem interrupções da IoT na Internet e de criar as condições para a adoção generalizada deste tipo de tecnologias. Esta tese versa sobre os desafios associados à integração da IoT na Internet e dos aspetos de segurança da IoT. Relativamente à integração da IoT na Internet o problema é como fornecer informação válida aos dispositivos ligados à Internet, independentemente da versão do protocolo IP em uso, evitando o acesso direto aos dispositivos IoT. Para a resolução deste problema foram propostas e avaliadas soluções baseadas em web services REST e em mecanismos de transição IPv4 para IPv6 do tipo pilha dupla (dual stack). O web service e o mecanismo de transição são suportados apenas no router de fronteira, sem penalizar os dispositivos IoT. No que concerne à segurança, o problema é mitigar os efeitos dos ataques de segurança internos e externos iniciados local e remotamente. Foram propostas três soluções diferentes, a primeira é um mecanismo que minimiza os efeitos dos ataques de negação de serviço com origem na Internet e que evita o uso de mecanismos de firewalls ineficientes e de gestão complexa. Este mecanismo filtra no router de fronteira o tráfego com origem na Internet é destinado à IoT de acordo com as condições anunciadas por cada um dos dispositivos IoT da rede. A segunda solução, é uma framework de network admission control que controla quais os dispositivos que podem aceder à rede com base na autorização administrativa e que aplica políticas de conformidade relativas à segurança aos dispositivos autorizados. A terceira é um mecanismo de network admission control para redes 6LoWPAN que evita que dispositivos não autorizados comuniquem com outros dispositivos legítimos e com a Internet o que reduz drasticamente o número de ataques à segurança. Este mecanismo também foi explorado como um mecanismo de gestão uma vez que pode ser utilizado a dimensão da rede quanto ao número de dispositivos, tornando-a mais fácil de gerir e aumentando a sua fiabilidade e o seu tempo de vida.
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