Date of Award

2-2024

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Information Security

Department

Information Systems and Security

First Advisor

Dr. Ali Ismail Awad

Abstract

Over the last twenty years, the commercial sector of Unmanned Aerial Vehicles has been growing exponentially, owing to their rapid deployment, high mobility, and the number of applications in the industry field such as military, transportation, critical infrastructures, as well as in the academic field for research purposes. One of the main communication systems adopted by the UAVs relies on transmitting wireless signals.

In particular, UAVs are adopted for indoor use-case scenarios, such as warehouse inventory applications and indoor building inspections. They need to transmit control messages and sensitive data by leveraging an efficient, short-range, and secure communication channel to avoid man-in-the-middle, spoofing, and hijacking attacks. This dissertation focused on investigating the security of very constrained unmanned aerial systems in IEEE 802.15.4 networks targeted for indoor domains.

In this thesis, we propose a new secure protocol based on the Bitwise Precomputable Message Authentication Code (BP-MAC) scheme to provide authenticity and integrity protection to the message payload. Further, we also propose a new frame design that can be encapsulated in the MAC layer of IEEE 802.15.4 networks to improve drone accountability in indoor scenarios. Combining the use of the BP-MAC scheme and our new IEEE 802.15.4 frame design for UAVs in indoor scenarios results in several benefits in terms of optimization, efficiency, and a reduction in the amount of exchanged data. We provide the results by simulating our proposed solution from the computational and networking perspective. The proposed solution is filling the security gap in the literature (e.g, UMAC) to effectively safeguard the communication of indoor drones. It demonstrates a significant improvement in terms of memory usage, bandwidth, energy savings due to reduced workload, and the ability to attain the same level of security offered by traditional authentication schemes by using lighter techniques. Within this work, we identify and address new security challenges for promising future research directions.

Arabic Abstract

طريقة مصادقة سريعة وموثوقة للطائرات بدون طيار الداخليه و ذات المصادر المحدوده

على مدى السنوات العشرين الماضية، شهد القطاع التجاري للمركبات الجوية بدون طيار نموًا هائلاً، وذلك بسبب انتشارها السريع وحركتها العالية وعدد التطبيقات في مجال الصناعة مثل الجيش والنقل والبنى التحتية الحيوية، وكذلك في مجال الصناعة. المجال الأكاديمي لأغراض البحث. يعتمد أحد أنظمة الاتصال الرئيسية التي تعتمدها الطائرات بدون طيار على إرسال الإشارات اللاسلكية.

على وجه الخصوص، يتم اعتماد الطائرات بدون طيار لسيناريوهات حالة الاستخدام الداخلي، مثل تطبيقات جرد المستودعات وعمليات فحص المباني الداخلية. إنهم بحاجة إلى نقل رسائل التحكم والبيانات الحساسة من خلال الاستفادة من قناة اتصال فعالة وقصيرة المدى وآمنة لتجنب هجمات الوسيط والانتحال والاختطاف. ركزت هذه الأطروحة على التحقق من أمن الأنظمة الجوية غير المأهولة المقيدة للغاية في شبكات IEEE 802.15.4 الموجهة للنطاقات الداخلية.

في هذه الأطروحة، نقترح بروتوكولًا آمنًا جديدًا يعتمد على نظام رمز مصادقة الرسائل البتيه القابلة للحساب (BP-MAC) لتوفير حماية الأصالة والتكامل لحمولة الرسالة. علاوة على ذلك، نقترح أيضًا بروتوكولًا جديدًا يمكن تغليفه في طبقة MAC لشبكات IEEE 802.15.4 لتحسين مساءلة الطائرات بدون طيار في السيناريوهات الداخلية. يؤدي الجمع بين استخدام مخطط BP-MAC وبروتوكولنا للطائرات بدون طيار في السيناريوهات الداخلية إلى فوائد عديدة من حيث التحسين والكفاءة وتقليل كمية البيانات المتبادلة. نحن نقدم النتائج من خلال محاكاة الحل المقترح من المنظور الحسابي والشبكي. الحل المقترح هو سد الفجوة الأمنية في الأدبيات (على سبيل المثال، UMAC) لحماية اتصالات الطائرات بدون طيار الداخلية بشكل فعال. وهو يوضح تحسنًا كبيرًا من حيث استخدام الذاكرة وعرض النطاق الترددي وتوفير الطاقة بسبب انخفاض عبء العمل والقدرة على تحقيق نفس مستوى الأمان الذي توفره أنظمة المصادقة التقليدية باستخدام تقنيات أخف. وفي إطار هذا العمل، نقوم بتحديد ومعالجة التحديات الأمنية الجديدة لاتجاهات البحث الواعدة في المستقبل.

Download
COinS