Privacy-preserving communications for IoT based on DNS and its security extensions
Communications préservant la confidentialité pour l'IoT basées sur le DNS et ses extensions de sécurité
Résumé
The Internet of Things (IoT) technologies have transformed how we interact with the world and machines, becoming an integral part of our daily lives. This thesis aims to address some of the challenges faced by IoT environments using the Domain Name System (DNS) and its security extensions and protocols. While DNS is primarily a distributed lookup system that maps domain names to IP addresses, it has evolved significantly through various extensions and DNS-based protocols. This evolution has enabled DNS to play a broader role, particularly in mitigating some of the challenges in IoT environments. Our first contribution identifies four major categories of IoT challenges: the constrained nature of IoT devices, identification in IoT, IoT security, and interoperability. We also conduct a literature review to examine how DNS is used in both research and industry to address these challenges. The second contribution proposes using DNS-based Authentication of Named Entities (DANE), a DNS protocol designed to strengthen Public Key Infrastructure (PKI), to establish a mutual authentication mechanism between two LoRaWAN backend servers, securing the connection without relying on commercial Certificate Authorities (CAs). The third contribution, introduces LoRaDANCE, a security mechanism that allows a LoRaWAN ED to join a network without pre-sharing any secret keys with the backend servers, as required in standard LoRaWAN. Mutual authentication with the Join Server (JS) is ensured through DANE, while asymmetric cryptography enables the device and server to generate the necessary secret, eliminating the need for pre-shared keys. For our fourth contribution, we conducted an in-depth study of IoT domain names and evaluated the differences between them and non-IoT domain names. In this context, IoT domain names refer to those of IoT backend servers resolved via DNS, whereas non-IoT domain names correspond to servers accessed by generic devices and humans. The study was carried out in three phases: a statistical analysis, a DNS analysis, and a machine learning-based classification of the two domain name categories.
Les technologies de l'Internet des Objets (IoT) ont transformé notre manière d'interagir avec le monde et les machines, devenant une partie intégrante de notre quotidien. Cette thèse vise à relever certains des défis rencontrés dans les environnements IoT en utilisant le Domain Name System (DNS) ainsi que ses extensions et protocoles de sécurité. Bien que le DNS soit principalement un système de recherche distribué permettant de mapper les noms de domaine aux adresses IP, il a considérablement évolué grâce à diverses de ses extensions. Cette évolution lui a permis de jouer un rôle plus large, notamment en atténuant certains des défis liés aux environnements IoT.Notre première contribution identifie quatre grandes catégories de défis de l'IoT : la nature contrainte des dispositifs IoT, l'identification des objets de l'IoT, leur sécurité et interopérabilité. Nous effectuons également une revue de la littérature pour examiner comment le DNS est utilisé dans la recherche et l'industrie pour répondre à ces défis. La deuxième contribution propose l'utilisation du DNS-based Authentication of Named Entities (DANE), un protocole DNS conçu pour renforcer l'Infrastructure à Clé Publique (PKI), afin de mettre en place un mécanisme d'authentification mutuelle entre deux serveurs backend LoRaWAN, sécurisant la connexion sans dépendre des autorités de certification commerciales (CAs).La troisième contribution présente LoRaDANCE, un mécanisme de sécurité qui permet à un End-Device (ED) LoRaWAN de rejoindre un réseau sans avoir à pré-partager des clés secrètes avec les serveurs backend, comme requis dans le LoRaWAN standard. L'authentification mutuelle avec le Join Server (JS) est assurée par le protocole DANE, tandis que la cryptographie asymétrique permet au dispositif et au serveur de générer la clé secrète nécessaire, éliminant ainsi le besoin de clés pré-partagées.Pour notre quatrième contribution, nous avons mené une étude approfondie des noms de domaine IoT et évalué les différences entre ces derniers et les noms de domaine non-IoT. Dans ce contexte, les noms de domaine IoT font référence à ceux des serveurs backend IoT résolus via DNS, tandis que les noms de domaine non-IoT correspondent aux serveurs accessibles par des dispositifs génériques. L'étude a été réalisée en trois phases : une analyse statistique, une analyse DNS, et une classification des deux catégories de noms de domaine à l'aide de l'apprentissage automatique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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