Digital Representations in IoT: Cryptographic Tools for Improved Security

Салтанат Адилжанова

doi:10.12720/jait.17.2.390-404

2026-01-01

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DOI：10.12720/jait.17.2.390-404

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本研究针对物联网（IoT）系统开发高效且安全的密码解决方案，以应对设备在有限计算能力、内存和能耗约束下的挑战。鉴于基于嵌入式系统（ESP32）微控制器的物联网设备快速普及以及日益增长的网络安全威胁，本研究对硬件和软件加密方法进行了系统分析。论文探讨了物联网网络中微控制器级别的密码保护实现，重点考察执行时间、能源效率及硬件资源利用率。本研究的科学创新性在于整合机器学习技术，根据数据量、执行时间和功耗自动选择最高效的密码算法，包括高级加密标准（AES）、安全哈希算法（SHA）或基于哈希的消息认证码（HMAC）。与以往仅关注孤立实现的研究不同，本研究提出了一种适用于资源受限微控制器环境的通用自适应加密选择系统。关键贡献在于将该系统在ESP32和ESP32-S3平台上实现并测试。结果表明，基于硬件的加密在执行速度和能源效率方面显著优于基于软件的方法。开发的逻辑回归模型在ESP32平台上实现了100%的分类准确率，优于其他算法，并证实其适用于节能型实时物联网应用。最后，论文提出了未来研究的有前景方向，包括为医疗系统和自主设备开发安全数字孪生。

Keyword:

hardware encryptor

cryptographic libraries

Embedded Systems (ESP32)

cryptosecurity

Internet of Things (IoT) devices

machine learning 1