Purpose: The purpose of this article is to present a system that enhances the security, efficiency, and reconfigurability of an Internet-of-Things (IoT) system used for surveillance and monitoring. Methods: A Multi-Processor System-On-Chip (MPSoC) composed of Central Processor Unit (CPU) and Field-Programmable Gate Array (FPGA) is proposed for increasing the security and the frame rate of a smart IoT edge device. The private encryption key is safely embedded in the FPGA unit to avoid being exposed in the Random Access Memory (RAM). This allows the edge device to securely store and authenticate the key, protecting the data transmitted from the same Integrated Circuit (IC). Additionally, the edge device can simultaneously publish and route a camera stream using a lightweight communication protocol, achieving a frame rate of 14 frames per Second (fps). The performance of the MPSoC is compared to a NVIDIA Jetson Nano (NJN) and a Raspberry Pi 4 (RPI4) and it is found that the RPI4 is the most cost-effective solution but with lower frame rate, the NJN is the fastest because it can achieve higher frame-rate but it is not secure, and the MPSoC is the optimal solution because it offers a balanced frame rate and it is secure because it never exposes the secure key into the memory. Results: The proposed system successfully addresses the challenges of security, scalability, and efficiency in an IoT system used for surveillance and monitoring. The encryption key is securely stored and authenticated, and the edge device is able to simultaneously publish and route a camera stream feed high-definition images at 14 fps.


翻译:摘要:目的:本文旨在提出一种增强用于监控与监测的物联网系统安全性、效率及可重构性的系统。方法:提出一种由中央处理器和现场可编程门阵列组成的多处理器系统芯片,用于提升智能物联网边缘设备的安全性与帧率。私密加密密钥被安全嵌入FPGA单元中,避免暴露于随机存取存储器。这使得边缘设备能够安全存储并验证密钥,保护同一集成电路传输的数据。此外,边缘设备可使用轻量级通信协议同时发布和路由摄像头流,实现每秒14帧的帧率。将MPSoC与NVIDIA Jetson Nano和树莓派4的性能进行比较后发现:树莓派4最具成本效益但帧率较低,NJN速度最快(可达更高帧率但不安全),而MPSoC在帧率均衡且从不将安全密钥暴露于内存方面成为最优解决方案。结果:所提系统成功解决了用于监控与监测的物联网系统中的安全性、可扩展性和效率挑战。加密密钥被安全存储与验证,边缘设备能够以14帧/秒的速率同时发布和路由高清摄像头流。

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