Manna SafeIoD : a framework and roadmap for secure design in the internet of drones

Abstract

RESUMO: Com a crescente adocao de tecnologias avancadas de drones em diversos campos, a Internet de Drones (IoD) emergiu como um novo paradigma de mobilidade, particularmente aprimorando os Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS) em ambientes urbanos. Apesar de seu potencial significativo, a IoD enfrenta desafios substanciais devido a restricoes inerentes de recursos, como poder computacional limitado e capacidade energetica reduzida, que dificultam a implementação de solucoes robustas de ciberseguranca. Essas limitacoes expoem as redes IoD a varias vulnerabilidades de seguranca e ameacas a privacidade, necessitando uma analise exaustiva e compreensao desses riscos. Neste sentido, apresentamos o SafeIoD, um framework de seguranca abrangente projetado para estabelecer procedimentos padronizados para identificacao proativa de riscos em dispositivos da Internet de Drones (IoD). Ele envolve etapas sequenciais para determinar a confiabilidade dos dispositivos submetidos a essa certificacao. Portanto, o SafeIoD busca garantir um nível basico de seguranca antes da implementacao em um cenario real, onde os dispositivos de rede sao avaliados em relacao aos requisitos de seguranca especificos. A validacao por meio de testes experimentais com 15 participantes em quatro cenarios de implantacao de IoD e um caso de certificacao militar demonstrou a eficacia do framework: a ferramenta alcancou uma taxa de satisfacao do usuario de 73%, identificou com sucesso uma media de 3,0 requisitos de segurança por dispositivo e forneceu recomendacoes especificas de algoritmos criptograficos leves para 62,2% dos requisitos elicitados. Em uma simulacao de cenario militar tatico, o framework previu com precisao os padroes de propagacao de risco, com simulacoes de rede COOJA confirmando que a implementacao dos protocolos recomendados pelo framework reduziu a propagação bem-sucedida de ataques de 60% para menos de 5% da rede.

ABSTRACT: With the increasing adoption of advanced drone technologies across diverse fields, the Internet of Drones (IoD) has emerged as a novel mobility paradigm, particularly enhancing Intelligent Transportation Systems (ITS) in urban environments. Despite its significant potential, the IoD faces substantial challenges due to inherent resource constraints such as limited computational power and energy capacity, which hinder the implementation of robust cybersecurity solutions. These limitations expose IoD networks to various security vulnerabilities and privacy threats, necessitating an exhaustive analysis and understanding of these risks. In this thesis we introduce SafeIoD, a comprehensive security framework designed to establish standardized procedures for proactive risk identification in Internet of Drones (IoD) devices. It involves sequential steps to determine the trustworthiness of devices subjected to this certification. Therefore, SafeIoD seeks to ensure a basic security level before implementation in a real scenario, where the network devices are evaluated in regards to the specific security requirements. Validation through experimental testing with 15 participants across four IoD deployment scenarios and one military certification case demonstrated the framework's effectiveness: the tool achieved 73% user satisfaction rating, successfully identified an average of 3.0 security requirements per device, and provided specific lightweight cryptographic algorithm recommendations for 62.2% of elicited requirements. In a tactical military scenario simulation, the framework accurately predicted risk propagation patterns, with COOJA network simulations confirming that implementation of framework-recommended protocols reduced successful attack propagation from 60% to below 5% of the network.