Anwendung von Physical Layer Security für IoT in Ende-zu-Ende Szenarien (PHY2APP)

Abstract

Das Projekt Anwendung von Physical Layer Security für IoT in Ende-zu-Ende Szenarien (PHY2APP) hatte zum Ziel, ein Authentifizierungs- und Verschlüsselungsverfahren zu erforschen und entwickeln, welches auf physikalischen Eigenschaften eines lokalen Funknetzwerks beruht. In einer Zusammenarbeit zwischen den beiden Startups PHYSEC GmbH (PHYSEC) und IoT CONNCTD GmbH (CONNCTD) sowie der Freien Universität Berlin (FUB) wurde das Extended Channel-Reciprocity Based Key Establishment (ECRKE)-Verfahren grundlegend wissenschaftlich beleuchtet, erfolgreich implementiert und praktisch evaluiert. Dieser Abschlussbericht fasst die Ergebnisse des Projekts zusammen und gibt einen Überblick über die technischen Innovationen, welche im Projektzeitraum zwischen Juli 2021 und Dezember 2024 eingeführt wurden. Im Mittelpunkt des Projekts stand die Erweiterung klassischer Physical Layer Security (PLS)-Mechanismen auf komplexe, heterogene IoT-Szenarien – insbesondere im Bereich Smart Home – in denen typischerweise Geräte ohne eigene Benutzerschnittstellen sicher eingebunden werden müssen. Das entwickelte ECRKE-Verfahren erlaubt die Ableitung eines gemeinsamen geheimen Schlüssels aus der reziproken Funkkanalinformation zwischen Geräten, ohne dass ein herkömmlicher, softwarebasierter Schlüsselaustausch notwendig ist. Die besondere Stärke liegt dabei in der Nähebasierten Sicherheit: Nur Geräte im unmittelbaren räumlichen Umfeld können erfolgreich teilnehmen, was eine wichtige Schutzmaßnahme gegen entfernte Angreifer darstellt. Die Freie Universität Berlin übernahm im Teilvorhaben APP-E-PHY zentrale Aufgaben bei der wissenschaftlichen Modellierung, der formalen Sicherheitsanalyse – auch im Hinblick auf post-quantenresistente Verfahren – sowie der Entwicklung von Demonstratoren für Smartphones und IoT-Endgeräte. Neben der praktischen Umsetzung floss das Projektwissen auch in wissenschaftliche Publikationen, Abschlussarbeiten und Lehrveranstaltungen ein. PHY2APP leistet damit einen innovativen Beitrag zur Sicherung moderner Kommunikationsinfrastrukturen. Es zeigt praxisnah auf, wie Sicherheitsmechanismen tief in die physikalische Übertragungsschicht integriert werden können, um damit benutzerfreundliche, energieeffiziente und zukunftssichere IoT-Lösungen zu realisieren. Die erzielten Ergebnisse sind sowohl für die Forschung als auch für die industrielle Anwendung von hoher Relevanz und schaffen eine fundierte Basis für die weitere Entwicklung sicherer, vertrauenswürdiger IoT-Ökosysteme.