Por David Gascón, CTO de Libelium.
La seguridad en el IoT es una de las principales preocupaciones de los ayuntamientos a medida que los proyectos de Smart Cities comienzan a ser una realidad. En el siguiente artículo expondremos cuál es la propuesta de seguridad desarrollada por Libelium para sus dispositivos sensores y pasarelas: Waspmote, ¡Plug & Sense! y Meshlium
En el presente artículo nos adentramos en las cuatro características principales de la Seguridad:
- Privacidad: garantizar que sólo formen parte de la red los dispositivos sensores y pasarelas deseados
- Autenticidad: asegurarse de que el supuesto remitente es el remitente real
- Confidencialidad: garantizar que los datos sólo puedan ser leídos por el destino propuesto
- Integridad: garantizar que la información contenida en el mensaje original se mantiene intacta
Dispositivo a dispositivo (cifrado simétrico) [Nivel de cifrado 1 - E1]
Los nodos finales aplican un primer nivel de cifrado en la capa de enlace. Todos los nodos pertenecientes a la misma red comparten una clave común precompartida. De este modo se evita que dispositivos externos se unan a la red de sensores (garantizando la privacidad) o vean la información contenida en los paquetes que se envían mientras se encriptan (garantizando la confidencialidad). Este proceso de cifrado se realiza en Waspmote y ¡Plug & Sense! mediante hardware electrónico especial incluido en los módulos de radio. AES 128b es el algoritmo más utilizado en esta primera capa.
Dispositivo a pasarela (cifrado simétrico) [Nivel de cifrado 2 - E2]
En una Smart City hay muchas redes de sensores diferentes trabajando al mismo tiempo, por ejemplo podemos encontrar los nodos de Smart Parking enviando datos en paralelo a la Smart Environment o los dispositivos sensores Smart Water. Como todos ellos pueden compartir el mismo E1 utilizada en la capa de enlace, se añade un nuevo mecanismo de seguridad, esta vez mediante el uso de cifrado simétrico en la capa de red/aplicación. E2.
Ahora cada nodo de la red tiene su propia clave privada (que garantiza la autenticidad) y el Pasarela (Meshlium) contiene todas las claves de los dispositivos para poder descifrar los paquetes enviados. La información va encriptada desde cada nodo hasta la pasarela para que los nodos intermedios no puedan acceder a ella (asegurando la privacidad y confidencialidad). Añadiendo un número de secuencia + una semilla aleatoria interna podemos realizar la suma de comprobación para asegurarnos de que los datos contenidos no han sido alterados (garantizando la integridad).
El proceso de encriptación en Waspmote y ¡Plug & Sense! se rige por bibliotecas de software incluidas en la API y ejecutado por la MCU. AES 256b es el algoritmo más utilizado. Normalmente se utiliza en combinación con la capa de seguridad E1 por lo que obtenemos un E1 + E2 esquema de seguridad.
Dispositivo a nube (cifrado simétrico) [Nivel de cifrado 3 - E3]
Esto es similar a E2 pero en lugar de tener las claves ubicadas en el Gateway se almacenan en el Nube. Esto permite utilizar diferentes Gateways (de confianza o no) ya que la información pasa encriptada a través de ellos.
El proceso de cifrado suele estar controlado por bibliotecas de software que ejecuta la MCU. AES 256b es el algoritmo más utilizado. Normalmente se utiliza en combinación con E1 por lo que obtenemos un E1 + E3 esquema de seguridad. La información va cifrada desde cada nodo hasta la pasarela, de modo que los nodos intermedios o las pasarelas no pueden acceder a ella.
Pasarela a la nube (Servidor web seguro - SSL-HTTPS-SSH) [Nivel de cifrado 4 - E4]
La Pasarela (Meshlium) utilizar certificados SSL para enviar la información a los diferentes Servidores en nube. Es el mismo esquema de seguridad que utilizamos con nuestros navegadores cuando nos conectamos a la web de nuestro banco.
Escenarios de combinación más comunes:
- E1 + E2 + E4
- E1 + E3 + E4
El escenario más seguro sería el que utilizara la combinación de todos ellos: E1 + E2 + E3 + E4 aunque reduciría la carga útil (enviaríamos menos bytes de información por paquete).
Renovación de claves (cifrado asimétrico) [Nivel de cifrado 5 - E5]
Antes de comenzar con el cifrado por software con AES 256 necesitamos compartir una clave entre cada nodo (origen) y el Pasarela o el Servidor en nube (destino). Para ello podemos cifrar la nueva clave utilizando RSA 1024 utilizando ambas claves Pública/Privada. De esta forma aseguramos la autenticación, confidencialidad e integridad del mensaje (ya que junto con la clave añadimos también una semilla para generar aleatoriedad en la transmisión del paquete). Una vez obtenida la clave compartida la utilizaremos para empezar a encriptar la información del sensor como se ve en el diagrama anterior ya que AES asegura el máximo rendimiento y la mínima sobrecarga de mensajes.
El mismo proceso se realiza cuando queremos renovar la clave AES.
Problemas de seguridad comunes resueltos con estos 5 niveles de cifrado:
- Control de acceso (privacidad)
Al utilizar AES 128 en la capa de enlace nos aseguramos de que sólo los nodos con la clave compartida puedan acceder a las capacidades de enrutamiento de la red de sensores. Si un nodo extraño envía un mensaje a la red, el mensaje se descargará en el primer salto, por lo que no se utilizarán recursos de comunicación adicionales. El algoritmo AES 128 se implementa en la misma radio utilizando hardware específico, por lo que la información se descartará automáticamente y ni siquiera se enviará al microcontrolador. Esto proporciona una capa extra de seguridad ya que la unidad de control principal del nodo no se verá interrumpida de realizar tareas básicas o no se despertará del modo de reposo (lo que asegura un uso óptimo de la energía). - Autenticación
Utilizando sus propias claves privadas (AES / RSA) cada nodo garantiza la autenticidad del de origen. La pasarela o la nube pueden almacenar todas las claves públicas y compartidas de los dispositivos para poder comprobar que el paquete ha sido enviado por el supuesto origen. - Confidencialidad de los datos
Al duplicar el cifrado de los mensajes nos aseguramos de que primero sólo los nodos que forman parte de la red puedan ver los paquetes de enrutamiento general (AES 128 en la capa de enlace) y después establecemos un túnel de cifrado mediante cifrado P2P directo entre origen y destino (utilizando AES 256). - Integridad de los datos
La nueva biblioteca utiliza algoritmos hash como MD5 y SHA para crear la suma de comprobación del mensaje y garantizar que la información final recibida se corresponde con la original enviada. - Frescura de los datos (evitando la inyección de paquetes)
Cada paquete tiene una semilla exclusiva que protege a la pasarela de recibir varios paquetes idénticos que podrían ser inyectados por un tercero. - No repudio
Al firmar los mensajes con claves RSA también tenemos la prueba legal de que la información enviada realmente fue enviada por un nodo sensor específico y no por otro. Esto será importante en el futuro, cuando toda la información sensible de los sensores deba ser aprobada legalmente.
Por qué los nodos sensores Libelium son inmunes a los ataques de las pasarelas IoT
La seguridad de sus dispositivos IoT es el mayor compromiso de Libelium. Como IBM X-Force anunció la semana pasada que había algunas vulnerabilidades en Meshlium IoT Gateway, se tomaron nuevas medidas inmediatamente por nuestro equipo de I+D ofreciendo una nueva versión de software lanzada el 1 de agostost.
La plataforma de sensores Libelium se creó inicialmente como una plataforma de desarrollo de código abierto lista para ser utilizada por investigadores y desarrolladores para tener un control total sobre los nodos sensores y las pasarelas IoT. Así es como hace seis años la plataforma de sensores Libelium se convirtió en una solución del mercado IoT mundial.
Desde el principio, nos centramos en ofrecer a los desarrolladores las herramientas adecuadas (API + SDK) para que pudieran tener un control total en cualquier aspecto de la configuración y el rendimiento. En cuanto a la seguridad de los datos recogidos y transmitidos nuestros dispositivos ofrecen la posibilidad de crear hasta 5 niveles de encriptación como se publica en el artículo titulado Infografía de Seguridad IoT - Privacidad, Autenticidad, Confidencialidad e Integridad de los Datos de los Sensores. "El activo invisible". Estos niveles están compuestos por técnicas de cifrado simétrico que utilizan la técnica de cifrado AES 256 en las capas de enlace, red y aplicación, y la RSA 1024 en la capa de aplicación.
Cuando los desarrolladores establecen correctamente estas técnicas de cifrado, pueden conseguir las cuatro características principales de seguridad para sus proyectos IoT: Privacidad para garantizar que sólo formen parte de la red los dispositivos sensores y pasarelas deseados; Autenticidad para garantizar que el supuesto remitente es el remitente real; Confidencialidad garantizar que los datos sólo puedan ser leídos por el destino propuesto; y Integridad para asegurarse de que la información contenida en el mensaje original permanece intacta.
Para garantizar todas estas características los nodos deben estar correctamente configurados, sin embargo parece que IBM no aplicó la configuración correcta para su demo en la Conferencia Black Hat 2018. En estas pruebas los investigadores no aplicaron el cifrado simétrico entre el nodo y la plataforma Cloud utilizando la técnica AES 256. Este cifrado, junto con un paquete firmado y sembrado (RSA 1024), asegura que la información no podría ser corrompida o cambiada, ya que los atacantes no pueden abrir el paquete y acceder a la info, porque las claves se almacenan en cada nodo y en el servidor Cloud, no en el Meshlium IoT Gateway. En este sentido, los posibles piratas informáticos ni siquiera podrían realizar un ataque de "hombre en el medio", ya que los paquetes están firmados y tienen varios contadores internos para garantizar que no se realicen retransmisiones de fuentes no válidas.
Utilizar en esa demo un esquema básico de configuración de los nodos sensores en lugar de aplicar las capas de cifrado completas, proporcionadas por Libelium, muestra un entorno poco fiable, muy alejado de los desarrollos de casos reales. Esta situación puede llevar a pensar que este sencillo esquema de configuración fue creado para hacer fácilmente algunas suposiciones sobre fugas de seguridad en la información de los nodos sensores cuando simplemente no existen cuando se realiza la configuración correcta.
En conclusión, cuando las opciones de seguridad están bien configuradas, aunque la transmisión de la red o la pasarela IoT se vean comprometidas, los datos seguirán estando seguros y no será posible corromperlos ni modificarlos. Lo más importante no es solo disponer de las herramientas adecuadas, sino también saber configurarlas y utilizarlas correctamente.
Para saber más sobre las librerías de encriptación implementadas por Libelium vaya a:
https://www.libelium.com/products/waspmote/encryption
Para obtener más información sobre las características de seguridad de la plataforma Libelium, visite:
https://www.libelium.com/iot-security-infographic-privacy-authenticity-confidentiality-and-integrity-of-the-sensor-data-the-invisible-asset/
Si desea más información sobre nuestros productos, visite
- Pasarela (Meshlium): https://www.libelium.com/products/meshlium/
- Waspmote: https://www.libelium.com/products/waspmote/
- Plug & Sense!: https://www.libelium.com/products/plug-sense/
O pregunte a nuestro equipo de ventas en
https://www.libelium.com/contact/
Autor: David Gascón, CTO de Libelium.
