资源受限的物联网系统中考虑稳定性的安全性与性能权衡分析：基于时间序列和自助学习方法的TLS以及混合ECC-AES机制评估 Carolina Del-Valle-Soto, Maria Fernanda Alvarez-Garcia, Ramon A. Brise?o, Jafet Rodriguez, Paolo Visconti

《Digital》：Stability-Aware Security–Performance Trade-Off Analysis in Resource-Constrained IoT Systems: A Time-Series and Bootstrap-Based Evaluation of TLS and Hybrid ECC–AES Mechanisms Carolina Del-Valle-Soto, Maria Fernanda Alvarez-Garcia, Ramon A. Brise?o, Jafet Rodriguez and Paolo Visconti

　　

摘要

随着资源受限的物联网（IoT）设备的日益普及，需要安全机制来保护数据的机密性，同时不损害能效或响应速度。尽管传输层安全（TLS）为基于MQTT的通信提供了标准化的保护，但其计算开销可能会显著影响嵌入式系统的性能。本研究对基于ESP32的节点上实现的三种通信配置进行了控制实验评估：未加密的消息队列遥测传输（MQTT）、通过TLS 1.2传输的MQTT，以及结合椭圆曲线Diffie–Hellman密钥交换和AES-128加密的应用层混合方案。在多次实验运行中，收集了瞬时电流、累计能量、端到端延迟和内存占用等二级测量数据。通过时间序列分析评估自相关性和平稳性，并应用块自举重采样方法以确保统计推断的可靠性。结果表明，TLS导致的累积能量增长和延迟分散最大；而混合的ECC–AES配置在开销方面相对较低，表现介于两者之间。帕累托前沿分析表明，在能量与延迟的联合优化空间中，TLS占据主导地位；而混合方案则实现了安全性和效率之间的非支配性均衡。这些发现为评估嵌入式IoT系统中的安全与性能权衡提供了一个具有稳定性意识和统计可靠性的框架。