Analyzing the security of ZigBee communication in smart environments via SDR

Тамара Кокеновна Жукабаева; Айгуль Дюсенбиновна Адамова; Жандос Боранбай; Елхадж Бенкалифа; Ерик Марденов

doi:10.32523/bulmathenu.2025/3.1

Авторлар

Тамара Кокеновна Жукабаева Astana IT University https://orcid.org/0000-0001-6345-5211
Айгуль Дюсенбиновна Адамова Astana IT University https://orcid.org/0000-0001-7773-9522
Жандос Боранбай Astana IT University https://orcid.org/0009-0009-4096-3876
Елхадж Бенкалифа Стаффордшир университеті https://orcid.org/0000-0003-1955-2529
Ерик Марденов Астана Халықаралық университеті https://orcid.org/0000-0001-9284-9797

DOI:

https://doi.org/10.32523/bulmathenu.2025/3.1

Кілт сөздер:

ZigBee, SDR, HackRF, Gnu радиосы, кептелу, радио кедергілері, ақпараттық қауіпсіздік, IoT

Аңдатпа

Ақылды қалалардың дамуы Zigbee хаттамасына негізделген сымсыз желілерді кеңінен енгізумен қатар жүреді, оның энергия тиімділігі мен заттар интернетінің архитектурасымен үйлесімділігі бар. Алайда, бұл хаттаманы ашық радио ортада белсенді пайдалану рұқсат етілмеген радиоэлектрондық әсерге байланысты тәуекелдердің артуына әкеледі. Бұл зерттеудің мақсаты ZigBee желілерінің бағдарламалық құралмен анықталған радионы пайдалана отырып, сигналды бағытталған өшіруге осалдығын эксперименттік бағалау болып табылады. Жұмыста нақты құрылғылармен сынақ ортасын дайындау кезеңдері, белсенді деректер арнасын анықтау және hackrf платформасы, SDR платформасы мен GNU radio ортасы арқылы тондық кедергілерді құру ұсынылған. Жүргізілген эксперимент белгілі бір жиілікке ұшыраған кезде пакеттердің 95% дейін жоғалатынын көрсетті, бұл желіні жұмыс істеуге жарамсыз етеді. Нәтижесінде ZigBee хаттамасының физикалық деңгейдегі маңызды осалдығын растайды және сымсыз IoT желілері үшін, әсіресе қалалық инфрақұрылым жағдайында қосымша қорғаныс механизмдерін әзірлеу қажеттілігін көрсетеді. Ұсынылған әдіс қолданбалы сценарийлерде құрылғылардың қауіпсіздігін тексеру үшін және сыртқы шабуылдарға төзімділікті бақылау жүйелерін құру кезінде қолданыла алады.

Автор өмірбаяндары

Тамара Кокеновна Жукабаева , Astana IT University

PhD, профессор, Astana IT University, Мәнгілік Ел даңғылы 55/11, Астана, 010000, Қазақстан.

Айгуль Дюсенбиновна Адамова, Astana IT University

PhD, қауымдастырылған профессор, Astana IT University, Мәнгілік Ел даңғылы 55/11, Астана қ., 010000, Қазақстан.

Жандос Боранбай, Astana IT University

"Киберқауіпсіздік" мектебінің аға оқытушысы, Astana IT University, Мәнгілік Ел даңғылы 55/11, Астана қ., 010000, Қазақстан.

Елхадж Бенкалифа , Стаффордшир университеті

PhD, профессор, Киберқауіпсіздікті зерттеу орталығы, Стаффордшир университеті, Leek Road көшесі ST4 2DF, Сток он Трент, Ұлыбритания.

Ерик Марденов, Астана Халықаралық университеті

Астана Халықаралық университеті, Қабанбай батыр даңғылы 8, Астана қ., 010000, Қазақстан.

Әдебиеттер тізімі

Arora A., Jain A., Yadav D., Hassija V., Chamola V., Sikdar B. Next Generation of Multi-Agent Driven Smart City Applications and Research Paradigms// IEEE Open Journal of the Communications Society - 2023 - No.4 - P.2104–2121. DOI: https://doi.org/10.1109/ojcoms.2023.3310528. DOI: https://doi.org/10.1109/OJCOMS.2023.3310528

Houssein E. H., Othman M. A., Mohamed W. M., Younan M. Internet of Things in smart cities: Comprehensive review, open issues, and challenges// IEEE Internet of Things Journal - 2024 - No.11(21) - P.34941–34952. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2024.3449753. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2024.3449753

Yang A., Zhang C., Chen Y., Zhuansun Y., Liu H. Security and privacy of smart home systems based on the Internet of Things and stereo matching algorithms// IEEE Internet of Things Journal - 2020 - No.7(4) - P.2521–2530. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2019.2946214. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2019.2946214

Yang J., Sun L. A comprehensive survey of security issues of smart home system: “Spear” and “Shields,” theory and practice// IEEE Access - 2022 - No.10 - P.124167–124192. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3224806. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3224806

Sivapriyan R., Sushmitha S. V., Pooja K., Sakshi N. Analysis of security challenges and issues in IoT enabled smart homes// In 2021 IEEE International Conference on Computation System and Information Technology for Sustainable Solutions (CSITSS), IEEE - 2021 - pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/CSITSS54238.2021.9683324. DOI: https://doi.org/10.1109/CSITSS54238.2021.9683324

Eltholth A. A. Improved spectrum coexistence in 2.4 GHz ISM band using optimized chaotic frequency hopping for Wi-Fi and Bluetooth signals// Sensors - 2023 - No.23(11) - P.5183. DOI: https://doi.org/10.3390/s23115183. DOI: https://doi.org/10.3390/s23115183

Joosens D. et al. Software-defined radio-based Internet of Things communication systems: an application for the DASH7 Alliance Protocol// Applied Sciences – 2025 – Vol.15. – №. 1. – P.1-34. DOI: https://doi.org/10.3390/app15010333

Wang X., Hao S. Don’t Kick Over the Beehive// Proceedings of the 2022 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security - 2022 - P.2857–2870. DOI: https://doi.org/10.1145/3548606.3560703. DOI: https://doi.org/10.1145/3548606.3560703

Cayre R., Galtier F., Auriol G., Nicomette V., Kaâniche M., Marconato G. WazaBee: Attacking ZigBee networks by diverting Bluetooth Low Energy chips// In 2021 51st Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Networks (DSN), IEEE - 2021 - pp. 376–387. DOI: https://doi.org/10.1109/DSN48987.2021.00049. DOI: https://doi.org/10.1109/DSN48987.2021.00049

Pan T. ZigBee Wireless Network Attack and Detection// Advances in Artificial Intelligence and Security - 2021 - P.391–403. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-78621-2_32. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-78621-2_32

Allakany A., Elsisi M., Soliman M., Wang H. Enhancing security in ZigBee wireless sensor networks: A new approach and mutual authentication scheme for D2D communication// Sensors - 2023 - No.23(12) - P.5703. DOI: https://doi.org/10.3390/s23125703. DOI: https://doi.org/10.3390/s23125703

Sokolov V., Skladannyi P., Korshun N. ZigBee Network Resistance to Jamming Attacks// 2023 IEEE International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo) - 2023 - P.161–165. https://doi.org/10.1109/ukrmico61577.2023.10380360. DOI: https://doi.org/10.1109/UkrMiCo61577.2023.10380360

Akestoridis D.G., Tague P. HiveGuard: A network security monitoring architecture for Zigbee networks// In 2021 IEEE Conference on Communications and Network Security (CNS), IEEE - 2021 - pp. 209-217. DOI: https://doi.org/10.1109/CNS53000.2021.9705043

Calderon L., Salvador G.T. Detection and Analysis of Flipper Zero Deauthentication Signals Using HackRF One Software-Defined Radio// 2024 International Conference on Innovation and Intelligence for Informatics, Computing, and Technologies (3ICT), IEEE – 2024. – P. 798-804. DOI: https://doi.org/10.1109/3ict64318.2024.10824254

Dini M.T., Sokolov V. Penetration tests for Bluetooth Low Energy and ZigBee using the software-defined radio// arXiv preprint arXiv:1902.08595 - 2019. DOI: https://arxiv.org/abs/1902.08595.

Sugadev M., Kaushik M., Vijaykumar V., Ravi T. Implementation of NOAA Weather Satellite Receiver using HackRF-One SDR// In 2022 International Conference on Computer Communication and Informatics (ICCCI), IEEE - 2022 - pp. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCCI54379.2022.9741043

Pirayesh H., Zeng H. Jamming attacks and anti-jamming strategies in wireless networks: A comprehensive survey// IEEE communications surveys and tutorials - 2022 - No.24(2) - P.767-809. DOI: https://doi.org/10.1109/COMST.2022.3159185

Alrefaei F., Alzahrani A., Song H., Alrefaei S. A survey on the jamming and spoofing attacks on the unmanned aerial vehicle networks// In 2022 IEEE International IOT, Electronics and Mechatronics Conference (IEMTRONICS), IEEE - 2022 - pp. 1-7. DOI: https://doi.org/10.1109/IEMTRONICS55184.2022.9795809

Sarker I. H., Khan A. I., Abushark Y. B., Alsolami F. Internet of things (iot) security intelligence: a comprehensive overview, machine learning solutions and research directions// Mobile Networks and Applications - 2023 - No.28(1) - P.296-312. DOI: https://doi.org/10.1007/s11036-022-01937-3

Mozaffariahrar E., Theoleyre F., Menth M. A survey of Wi-Fi 6: Technologies, advances, and challenges// Future Internet - 2022 - No.14(10) - P.293. DOI: https://doi.org/10.3390/fi14100293

Gupta M., Singh S. A survey on the zigbee protocol, it’s security in internet of things (iot) and comparison of zigbee with bluetooth and wi-fi// In Applications of artificial intelligence in engineering: proceedings of first global conference on artificial intelligence and applications (GCAIA 2020) - Singapore: Springer Singapore - 2021 - pp. 473-482. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-33-4604-8_38

Yang X., Shu L., Liu Y., Hancke G., Ferrag M., Huang K. Physical security and safety of IoT equipment: A survey of recent advances and opportunities// IEEE Transactions on Industrial Informatics - 2022 - No.18(7) - P.4319-4330. DOI: https://doi.org/10.1109/TII.2022.3141408

Jahangeer A., Bazai S., Aslam S., Marjan S., Anas M., Hashemi S. A review on the security of IoT networks: From network layer’s perspective// IEEE Access - 2023 - Vol.11 - P.71073-71087. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3246180

Mishra N., Pandya S. Internet of things applications, security challenges, attacks, intrusion detection, and future visions: A systematic review// IEEE Access - 2021 - No.9 - P.59353-59377. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3073408