Network Security: A Buzzword in the Revolution Process towards 6G

The evolution of mobile networks has now reached the gates of the Sixth Generation (6G) and, together with the continuous boost required in terms of latency and data rate, security has also become a fundamental requirement to meet for the optimization of the quality of the services offered to users. Guaranteeing the security of different applications requires the implementation of different mechanisms and countermeasures, therefore, this thesis has the purpose of introducing suitable security solutions for the protection of communications established in different scenarios and use cases. Starting with a general security analysis for virtualized 5G environments, this work, then, proposes the implementation of security mechanisms for the protection of Device-To-Device (D2D) communications established with the aim of improving the performance of multicast transmissions in 5G networks. The same goal is to be achieved through the subsequent proposal of an innovative trustworthiness model for evaluating the reputation of the network nodes based on both the information obtained from the behaviour that the node exhibited in the network and the specific characteristics of the node. A protocol for the management of massive Machine Type Communications (mMTC) among Internet of Things (IoT) devices in 5G networks is also introduced in this thesis work, evaluating the advantages offered in terms of energy consumption to resource-constrained IoT devices. Finally, the problem of the security in 6G-oriented networks deployed in support of a use case of paramount importance for 6G and for the current times is addressed, through the proposal of a lightweight authentication protocol suitable for Internet of Medical Things (IoMT) devices employed in the transmission of extremely sensitive health data. Furthermore, a brief digression on the phenomenon of the Digital Divide highlights the importance that this has reached, to date, particularly revealed following the need for digitization required to numerous sectors due to the spread of COVID-19, and how the advent of the next generation of mobile networks could help reduce the gap between those who have access to the digital world and those who have not.

L'evoluzione delle reti mobili ha ormai raggiunto le porte della Sesta Generazione (6G) e, insieme al continuo miglioramento richiesto in termini di latenza e velocità, anche la sicurezza è diventata un requisito fondamentale da soddisfare per l'ottimizzazione della qualità dei servizi offerti agli utenti. Garantire la sicurezza di diverse applicazioni richiede l'implementazione di diversi meccanismi e contromisure, pertanto, questa tesi ha lo scopo di introdurre soluzioni di sicurezza adeguate alla protezione delle comunicazioni stabilite in diversi scenari e casi d’uso. Cominciando con un'analisi di sicurezza generale per ambienti 5G virtualizzati, questo lavoro propone, poi, l'implementazione di meccanismi di sicurezza per la protezione di comunicazioni Device-To-Device (D2D) stabilite con lo scopo di migliorare le performance di trasmissioni multicast in reti 5G. Lo stesso obiettivo si vuole raggiungere anche attraverso la successiva proposta di un modello di trustworthiness innovativo in grado di valutare la reputazione dei nodi della rete sulla base sia di informazioni ottenute dal comportamento che il nodo ha esibito nella rete sia da caratteristiche specifiche del nodo. In questo lavoro di tesi viene anche introdotto un protocollo per la gestione di massive Machine Type Communications (mMTC) tra dispositivi dell'Internet of Things (IoT) in reti 5G, valutando i vantaggi offerti in termini di consumo energetico ai dispositivi IoT resource-constrained. Infine, viene affrontato il problema della sicurezza in reti 6G-oriented impiegate a supporto di un caso d'uso fondamentale per il 6G e per i tempi attuali, attraverso la proposta di un protocollo di autenticazione lightweight adatto a dispositivi dell'Internet of Medical Things (IoMT) impiegati nella trasmissione di dati sanitari estremamente sensibili. Inoltre, una breve digressione sul fenomeno del Divario Digitale mette in luce l'importanza che questo ha raggiunto, ad oggi, rivelata soprattutto in seguito alla necessità di digitalizzazione richiesta a numerosi settori a causa della diffusione del COVID-19, e come l'avvento della prossima generazione di reti mobili potrebbe contribuire a ridurre il divario tra chi ha accesso al mondo digitale e chi no.