News vom 11.10.2021

CoMatrix: Flexible Kommunikation für eingeschränkte IoT-Geräte

Tobias Buchberger und Ines Kramer vom Kompetenzzentrum für IT-Security untersuchten in ihrem Projekt CoMatrix die Nutzung des Kommunikationsprotokolls Matrix für eingeschränkte IoT-Geräte. Ihre Ergebnisse und einen Prototyp präsentierten sie auf dem RIOT Summit 2021.

CoMatrix: Architektur und Kommunikationssemantik im Detail

Gateway, Mikrocontroller, Steckboard und Temperatursensor

Matrix ist ein offenes Kommunikationsprotokoll für Echtzeitkommunikation und ist dabei, den Messaging-Markt zu revolutionieren. Das Open Source Projekt wurde ins Leben gerufen, um Benutzer*innen mit Konten bei unterschiedlichen Dienstanbietern (z.B. WhatsApp, Signal) eine nahtlose Kommunikation zu ermöglichen.

IT-Security-Projektteam untersucht Anwendung für IoT-Geräte

Die wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen Tobias Buchberger und Ines Kramer vom Kompetenzzentrum für IT-Security untersuchten nun im Rahmen des von netidee geförderten Projektes CoMatrix die Nutzung des Matrix-Protokolls für eingeschränkte IoT-Geräte, die beispielweise in drahtlosen Sensornetzwerken oder unterschiedlichsten „Smart Home“-Geräten zum Einsatz kommen. „Wir halten einen ähnlichen Impact dieses Protokolls auch im IoT-Bereich für möglich und möchten dazu beitragen.“, so Buchberger. „Für den grundlegenden Einsatz von Matrix im IoT-Bereich gab es bis dato keine praxistauglichen Projekte. Hierfür bauten wir eine mögliche Struktur auf. Auf Protokollebene will CoMatrix eine Brücke schlagen: gleichzeitig ressourcenschonende Kommunikation für alle Geräte ermöglichen, die diese brauchen, und ohne Protokollbruch eine zuverlässige Kommunikation für stärkere Geräte garantieren.“

Einen ersten Prototyp stellten Buchberger und Kramer auf dem RIOT Summit 2021 vor, hier finden Sie ihren Vortrag sowie die Präsentation.

CoMatrix als Kickstarter für IoT: Ergebnisse für alle zugänglich

„Lehrende und Studierende österreichischer Hochschulen können von den Ergebnissen profitieren, insbesondere Bachelor- oder Masterstudiengänge, die sich mit dem Bereich IoT bzw. Embedded Systems beschäftigen.“, betont Ines Kramer. Weitere Zielgruppen seien die Matrix-/Open-Source-Community sowie Unternehmen. CoMatrix dient als Kickstarter für den IoT-Einsatz von Matrix. Ein universelles Protokoll, das für vielfältige Einsatzzwecke und Hardwaregrößen im IoT geeignet ist, ist sowohl für Software-Entwickler*innen als auch für Hardwarehersteller*innen interessant.

Einbindung der Projektergebnisse in die Lehre

Das Projekt wird im Rahmen der Lehrtätigkeit an der FH Campus Wien weitergeführt. Die aus CoMatrix resultierenden Projektergebnisse werden den Studierenden langfristig in Lehrveranstaltungen vermittelt (u.a. in der Lehrveranstaltung „Mobile and Embedded Security“ in den Masterstudiengängen IT-Security und Electronic Systems Engineering). Auch eine Weiterentwicklung des Projektes im Rahmen von Projekt- und Abschlussarbeiten ist geplant. Derzeit wird noch eine Weiterentwicklung hinsichtlich möglicher Verschlüsselungstechnologien geprüft.

Projektteam CoMatrix: Tobias Buchberger, Ines Kramer

Projektteam CoMatrix: Tobias Buchberger, Ines Kramer

Architektur und Kommunikationssemantik im Detail

Matrix setzt auf eine klassische TLS/HTTP/REST/JSON-Architektur. Das Ziel war es, ein Gateway zu erstellen (im aktuellen Prototyp in Form eines Raspberry Pi), das diese Kommunikationssemantik auf den IETF Constrained Stack DTLS/CoAP/CBOR herunterbricht und auf der einen Seite mit den Constrained-IoT-Devices kommuniziert, auf der anderen Seite die Kommunikation wieder in den Standard Stack (die Matrix Client-Server API) umsetzt. So wird eine einheitliche Kommunikation ermöglicht. Dazu wurde eine Adaption des Matrix-Protokolls vorgenommen und eine Implementierung als externes Modul für RIOT-OS durchgeführt, welches ein Betriebssystem für Constrained-Devices ist; damit können neue Zielgruppen im IoT-Bereich erschlossen werden. Szenarien, die IoT-Geräte über das Matrix-Protokoll kommunizieren lassen, wurden konzipiert, implementiert und vollständig dokumentiert, um zukünftige Entwicklungen zu erleichtern.

Masterstudium und Kompetenzzentrum für IT-Security

Mit dem Masterstudium IT-Security erhalten Studierende das Handwerkszeug, Schwachstellen in IT-Systemen zu erkennen, diese zu schließen und damit künftige Angriffe zu verhindern. Die enge Zusammenarbeit des Studiengangs mit dem FH-eigenen Kompetenzzentrum für IT-Security sichert einen entscheidenden Wissensvorsprung und bietet Studierenden die Möglichkeit, an Forschungsprojekten mitzuarbeiten.