ZigBee网络安全性分析.pdf

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1、ZigBee网络安全性分析孙静(吉林师范大学计算机学院，吉林四平136000)[摘要】ZigBee是一项新兴的短距离无线通信技术，是一种无线个域网。介绍了Zig,Bee网络的安全机制，描述了ZigBee的信任中心和安全密钥。详细分析了ZigBee网路的安全建立过程，以及密钥建立协议和认证协议：s鼬旺和MEA协议。[关键词]ZibBee；安全性；TC；Key1．引言ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术m】，工作在2．4GHz的ISM频段上，传输速率为20kb／s-250kb／s，传输距离为10ITl-75m。Zigbe!e网络可由多达6

2、5000个无线数传模块组成，在整个网络范围内，它们可以相互通信，也可与现有的其它各种网络连接，范围最大达几公里f2t，1，主要适合于工业控制、传感和远程控制、智能建筑等领域。2．ZigBee网络的安全架构ZigBee标准建立在IEEE802．15．4标准基础上，包含物理层(PITY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层、应用层，并定义了安全服务提供机制。物理层、媒体访问控制层则由IEEE802．15．4标准定义。zigBee安全体系结构使用IEEE802．15．4的安全服务，利用这些安全服务对传输的数据进行加密处理，并提供对接入网络的设备的身份认证、密钥管理等功能。ZigBee联

3、盟定义的NWK、APS都包含该安全体系，他们采用128位的AES加密，CCM*模式，以及相应的密钥机制保证ZigBee网络的安全性12．31。ZigBee网络的安全架构如图I所示。卜馏掣蜘]IEEE802．15．4安全J{[围IZigBee的安全架构3．zigBee网络安全分析3．1802．15．4安全性分析IEEE802．15．4的安全机制是在MAC层实施的，应用通过在协议栈中设置恰当的参数表明采用了何种安全级，如果没有设置参数，那么默认没有采用安全措施。规范没有考虑确认包的安全问题。IEEE802．15．4定义了八种安全集，应用可以根据需要选择安全集中的任何一种，每个安全集

4、提供不同类型的安全属性和安全保证，如表1所示。这些安全集可分为以下几类：没有安全机制，加密(AES．CTR)、认证(AES—CBC—MAC)、加密及认证(AES—CCM)。其中根据MAC的长度不同，认证、加密及认证这两种安全集又可进一步细分为不同的子安全集，MAC可以为4／8／16字节长。MAC越长，攻击者成功伪造MAC的口T能性就越小，如对于一个8字节的MAC，攻击者通过暴力攻击方式成功伪造MAC的概率为2-64。规范并不要求设计者要实现所有的安全集，而只要支持Null和AES—CCM．64两种安全集，其它类型的安全集是可选的。裹lIEEE802．15．4支持的安全集命名描述

5、命名描述Nllll没有安全机制AES￡BC．MAC．3232位的MAC只加密，CTR加密、128位的AES●1RAES．CCM．128模式MACAES．CBC．128位的MACAES-(℃M缶4加密、“位的MAC．128MACAES．CBC．“位的MACAES．CCM．32加密、32位的MAC．64MAC3．2CCM‘分析ZigBee的NWK层的帧保护机制使用高级加密标准AES一128，CCM+安全模式。AES(AdvancedEncryptionStandard)是美国联邦政府采用的一种高级加密标准。ZigBee采用AES．128(密钥和数据块长度均为128位)的CCM*加密

6、模式。CCM*加密模式是CCM(CounterWithCipherBlockChainingrnessageAuthenticationCode)加密模式的扩展，包含CCM加密模式，同时又可单独使用CTR模式(CounterMode)和CBC-MAC模式(CipherBlockChainingMessageAuthenticationCode)。3．3ZigBee网络密钥管理(1)密钥层次结构作者简介：孙静。女。吉林长春人。硕士，讲师，研究方向：计算机嵌入式系统应用。一38—ZigBee技术在数据加密过程中，可以使用三种基本密钥：主密钥(MK)、链接密钥(LK)和网络密钥(NK

7、)m”。主密钥可以在设备制造时安装，也可以通过信任中心设置，或者是基于用户访问的数据，例如，个人识别码PIN、口令和密码等。主密钥是两个设备长期安全通信的基础，也可以作为一般的链接密钥使用。所以，必须维护主密钥的保密性和正确性。当在网络传输过程中，采用主密钥可以阻止窃听。链接密钥是在一个PAN网络中被两个设备共享的，它可以通过主密钥建立，也可以在设备制造时安装。网络密钥可以通过信任中心设置，也可以在设备制造时安装。它可应用在数据链路层、网络层和应用层。链接密钥和网络密钥不断地进行周期性的更新