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《杭州电子科技大学》 2014年
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基于ZigBee智能家居安防系统的信息安全研究

应金辉  
【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。
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU855;TN92

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