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基于短距无线通信的物联网智能锁安全设计

2025-05-12 10:31 来源:物联网123作者:

在物联网技术的快速发展下,大量设备运用该技术,可以 直接相连于用户智能终端,在物联网领域中,网络层主要运用 短距无线通信技术,以实现对敏感信息的安全化传输,但是, 却引发一系列安全威胁问题[1]。在物联网技术的快速发展下, 智能锁与无线通信技术有效结合,不断丰富了智能锁开锁方 式,低功耗蓝牙技术(Bluetooth Low Energy,BLE)具有成本低、 安全可靠、兼容性高等优点,通过应用该技术,可以促使智能 锁变得更加适用和智能,但是,却忽视了智能锁安全性。因此, 为保证物联网智能锁的可靠性和安全性,在短距无线通信的 应用背景下,强化对智能锁的安全设计显得尤为重要。

BLE技术主要是在延展蓝牙4.x核心标准和规范的基础 上形成的,该技术被广泛地应用于物联网领域中。BLE技术 在具体应用时,借助全新广播机制,将不同设备进行有效地连 接,应用BLE技术,从连接建立开始到连接建立结束整个过程 花费时间为3ms。此外,配置文件的运用可以促使应用程序变 得更加简单化,保证用户应用体验,BLE技术凭借着自身延迟 低、工作高效等特点,被广泛地应用于物联网应用场景中,并 取得了良好的应用效果。

从通信协议层面对智能锁安全需求进行深入分析,发现 智能锁通信协议具有以下四个特点:1)认证性。为更好地认 证和保护通信双方身份信息,需要对报文内容进行加密处理。并运用数字签名方式,对通信内容进行认证,当认证通过后, 方可正常通信。2)秘密性。降低消息被窃听的风险,通过加 密处理明文,可以保证通信协议的保密性。3)完整性。通过 运用封装法、签名法,避免消息或者报文被恶意篡改。4)不 可否认性。通信一方与另一方进行协议交换,并采用数字签 名法,更好地保障双方合法权益。

用户手机运用BLE模块, 可以将开锁指令传输到智能锁中,从而获得相应的授权,当验证成功后,可以对开锁指令进行写入。智能锁解锁步骤如图1 所示。    


基于短距无线通信的物联网智能锁安全设计


为保证BLE设备安全功能实现效果,仅仅借助应用程序, 保证该功能实现效果。所以,为保证智能锁BLE模块设计质 量,需要借助通信协议,对智能锁信息进行安全鉴权处理。在进行建模期间,主要运用PC端电脑和Linux9.0:MicrosoftWin dowsXP操作系统,同时,还选用型号为为NRF51DONGLE蓝 牙探器,此外,利用Wireshark软件,对智能锁所捕捉的数据包进行深入分析。智能锁开锁流程如图2所示。


基于短距无线通信的物联网智能锁安全设计


运用智能锁BLE模块,无法对物联网智能锁提供相应的攻击防护。当NFC设备进行非蓝牙传输时,运用OOB模式,可以完成对高安全级别连接关系的构建,NFC技术一旦遇到可接触条件,可以优化和完善智能锁蓝牙开锁方式,促使智能 锁蓝牙开锁方式向多样化方向不断发展,降低被攻击风险。在 进行信道构建期间,会产生相应的密钥,但是这种方法只能用 于对匿名信道的构建,无法对用户身份进行直接验证,所以,运用证书机制,可以实现对用户身份信息的有效保护。智能 手机与智能锁安全传输信道建立流程如图3所示。    


基于短距无线通信的物联网智能锁安全设计

图五 智能手机与智能锁安全传输信道建立流程


综上所述,以低功耗蓝牙模块为实例,研究了短距无线通信在智能锁中应用存在的漏洞大、易攻击、易破解等问题,同时,还在演示攻击过程的基础上,结合短距无线通信应用存在的安全漏洞,提出相应的安全设计方案,同时,综合运用ECDH算法和ECDSA算法,完成对智能锁安全连接的构建。作者所提出物联网智能锁安全设计方案,可以确保智能锁更好地抵抗重放攻击风险,具有较高的应用价值和应用前景,值得被进一步推广和应用。

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