基于ZigBee智能家居安防系统的信息安全研究

【摘要】对于智能家居安防系统，最重要的就是如何保证所接收的数据包确实是对方发送的，一旦数据包被非法篡改或冒充将造成不可估量的后果。虽然目前PKI技术成熟，已经广泛应用于各个安全领域，然而随着网络容量的急剧膨胀，特别是IPv6海量网络时代的到临，基于在线密钥库的分布式密码密钥管理方法在存储能力、查找速度等上已经难以满足需要。为了更好地迎接海量网络新时代，寻找一种新的安全体系势在必行。本文在组合公钥体制上，结合智能家居安防网路系统的应用特点，建立了一种新的应用于ZigBee智能家居系统的数据安全体系，给出了一种可行的本地认证方案。文章首先回顾了智能家居安防系统及信息安全技术的发展，分析了研究现状，举例说明现阶段的主要解决方案，并指出其优点和不足。在此基础上介绍了基于ZigBee技术的智能家居安防系统的优势，以及组合公钥体制在信息安全上的益处，并提出了一种适合家居安防系统的安全方案。此后对群、域、椭圆曲线等基础知识及运算作了介绍。文中采用了基于ECDLP安全算法，并通过FPGA得以实现；根据约减多项式项式少的特点，采用了滑动窗口的方法，此方法可以在很少硬件消耗情况下在一个时钟周期内完成模运算；在乘法运算设计上，采用混合结构，兼顾了时间和空间资源；在逆运算中，采用循环迭代方法，减少了耗时大的乘法运算次数，加速了逆运算速度；在点乘运算中，引入LD坐标系并采用了Montgomery方法，有效地避免了仿射坐标系需要大量逆运算的情况，不但更加地节约存储空间和计算时间，而且提高了抵抗能量、时间分析的攻击。在上述基础上，给出了一个可行的基于ECDSA的认证方案。本方案通过对种子矩阵进行优化，有效地避免密钥碰撞实现了不依靠第三方数据库的本地认证，以芯片级别的存储能力来支持海量节点的安全工作，大大地降低了对存储容量、通信带宽等要求，很适合智能家居安防系统的安全需要。最后，在以上研究成果基础上，本系统搭建了一个安全认证的ZigBee网络，初步实现了对网络通信消息的签名认证功能。通过分别模拟几个场景，来对方案的工作能力、抗重发、抗篡改几方面进行了实验验证。实验结果表明，本设计可以满足当前应用系统的要求。
【作者】应金辉；
【导师】张珣；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】智能家居；安防系统；组合公钥；ZigBee；认证方案；

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