A Lightweight, End-to-End Encrypted Data Pipeline for IIoT: An AES-GCM Implementation for ESP32, MQTT, and Raspberry Pi

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/info17010033
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Industrial Internet of Things (IIoT) deployments increasingly rely on low-cost microcontrollers and single-board computers to stream operational telemetry for monitoring, control, and predictive maintenance, yet the canonical “TLS-to-broker” model does not protect message content from a compromised or curious MQTT broker. This study therefore designs and implements a practical, application-layer end-to-end (E2E) encryption pipeline spanning an ESP32 data client (C++/mbedTLS), an untrusted MQTT broker, and a Raspberry Pi gateway (Python/PyCryptodome) using AES-256-GCM with Additional Authenticated Data (AAD). Sensor measurements are serialized as compact JSON, encrypted and authenticated on the ESP32, framed into a binary record, Base64-encoded for MQTT payload carriage, and verified/decrypted only at the gateway. Experiments on ESP32-WROOM-32 and Raspberry Pi 4 show an average ESP32 packet-preparation latency of 41.754 ms (JSON 1.0 ms; AES-GCM 29.5 ms; Base64 11.2 ms), robust rejection of ciphertext tampering and unauthorized devices via MAC verification and whitelist checks, and 99.72% decrypt-and-store success over a one-hour run (718/720 messages). These results indicate that commodity IIoT hardware can support practical and replicable E2E confidentiality and integrity without sacrificing operational throughput, while eliminating the MQTT broker as a de facto man-in-the-middle.