Desenvolvimento de um sistema ioT com provisionamento de identidades e comunicação segura para o monitoramento de colmeias

Abstract

A Internet das Coisas (Internet of Things - IoT), em conjunto com os serviços em nuvem, viabiliza o monitoramento remoto de ambientes físicos. Contudo, a segurança de dispositivos IoT representa um desafio crítico, pois equipamentos operando em áreas rurais isoladas tornam se suscetíveis à extração física de credenciais, clonagem de identidade e injeção de firmware malicioso. No contexto da meliponicultura, o monitoramento de colmeias exige soluções autônomas e contínuas para avaliar a saúde das abelhas de forma não invasiva. Visando solucionar ambas as necessidades, este trabalho propõe o desenvolvimento de um protótipo de sistema IoT focado estritamente na segurança de ponta a ponta e na autenticação mútua. O dispositivo projetado estabelece uma Raiz de Confiança em Hardware (Hardware Root of Trust), explorando o Periférico de Assinatura Digital (DS - Digital Signature) e memórias invioláveis (eFuses) do microcontrolador ESP32-S3 para proteção absoluta de chaves privadas. A solução adota um fluxo de provisionamento único apoiado em uma Infraestrutura de Chaves Públicas (Public Key Infrastructure - PKI) privada, o que garante comunicações criptografadas com o servidor via Autenticação Mútua (mTLS - mutual Transport Layer Security) e viabiliza atualizações remotas de software (OTA - Over-the-Air) altamente seguras. A implementação demonstra a viabilidade técnica de se arquitetar sistemas agrícolas inteligentes resilientes contra adulterações lógicas e físicas, garantindo a integridade dos dados coletados.

The Internet of Things (IoT), combined with cloud services, enables remote monitoring of physical environments. However, IoT device security represents a critical challenge, as equipment operating in isolated rural areas is highly susceptible to physical credential extraction, identity cloning, and malicious firmware injection. In the context of meliponiculture, hive monitoring requires autonomous and continuous solutions to assess bee health non-invasively. Aiming to address both needs, this work proposes the development of an IoT system prototype strictly focused on end-to-end security and mutual authentication. The designed device establishes a Hardware Root of Trust, exploiting the Digital Signature (DS) Peripheral and tamper-proof memories (eFuses) of the ESP32-S3 microcontroller for absolute private key protection. The solution adopts a unique provisioning flow supported by a private Public Key Infrastructure (PKI), which ensures encrypted communications with the server via Mutual Transport Layer Security (mTLS) and enables highly secure Over-The-Air (OTA) software updates. The implementation demonstrates the technical feasibility of architecting smart agricultural systems resilient against logical and physical tampering, ensuring the integrity of the collected data.