基于混沌序列的蓝牙SPP应用层加密研究

发布时间：2020-07-13 20:51

【摘要】：近几年,随着互联网技术的日趋成熟,人们已经习惯了数据互联的生活和工作方式,物联网在生活中的应用也日渐普及,与此同时,工业领域中对设备的操作也在追求智能化和便捷性。目前工业领域中的数据传输以有线串口方式为主,该有线方式会对设备的布设和连接关系造成束缚,因此采用一种安全的无线通讯方式来替代传统的有线通讯方式成为了工业智能化的研究重点。本文以将蓝牙技术应用于工业领域为研究背景,针对蓝牙SPP协议来替代传统串口传输方式所面临的数据安全问题展开研究,提出了一种采用混沌密钥序列的蓝牙SPP协议应用层加密方法,以此提高SPP协议的安全特性,从而解决将该协议应用于工业领域的安全问题。本文首先对蓝牙技术进行简要阐述,分析蓝牙技术特点和蓝牙协议栈结构,分别对蓝牙协议栈各层进行分析,根据SPP协议特点,探讨将其应用于工业领域的可行性与所存在的问题,结合工业领域对数据安全性的要求,提出将蓝牙SPP协议应用于工业领域需要解决的安全问题;其次对蓝牙技术的安全特性进行研究,根据蓝牙协议栈结构,对基带层、链路层和应用层分别进行安全特性分析,结合混沌系统的特点,给出在SPP协议应用层采用混沌密钥进行数据加密的方案,并基于该方案完成混沌密钥产生、数据加密以及数据解密的方法和流程设计;最后对本文所提出的基于混沌序列的SPP应用层加密方法进行仿真验证。实验结果表明:基于混沌算法的SPP应用层加密方案可以实现SPP应用层数据的加密和解密;相比于传统的固定密钥流加密方法,该方法可以在一定程度上提高数据的安全性能;本文所提出的加密方案对提高工业领域的智能化和便携化有一定的参考价值。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN925
【图文】：

结构图,蓝牙协议栈,结构图,蓝牙协议

2 蓝牙协议特性研究。的接口标准术联盟为了提高蓝牙技术的推广使用，将蓝牙的技术标准进行公通过蓝牙技术联盟的认证，就可以推向市场。这大大降低了蓝牙了蓝牙设备的推广。低子电路技术的成熟和市场需求的推动，各厂家的蓝牙芯片和模块蓝牙模块可以任意地被使用在各种领域。协议结构蓝牙协议结构如图 2.1 所示：

示意图,蓝牙,协议结构

西安科技大学工程硕士学位论文蓝牙规范中定义了 Profile 的概念，Profile 用来定义设备如何实现一种具体的连接用，蓝牙规定了部分具体数据交换的标准方式，几种主流的蓝牙 Profile 介绍如下：（2DP；（2）AVRCP；（3）FTP；（4）SPP；.2 蓝牙 SPP 协议蓝牙 SPP 协议（串口仿真协议）支持蓝牙设备实现串口数据通信，这使得蓝牙技工业领域领域有着巨大的应用潜力[13]。.2.1 蓝牙 SPP 协议蓝牙 SPP 协议建立在蓝牙高层协议 RFCOMM 和 SDP 协议之上，作为蓝牙的协言，该协议属于一种不对称协议，根据蓝牙设备角色分为主设备和从设备，发起蓝接的设备为主设备，接收连接的设备为从设备。在建立好蓝牙连接之后，其通信过以作为对称协议一样视作普通串口通信协议[14]。SPP 协议结构示意图如图 2.2 所示：

示意图,生成过程,示意图,从设备

在非易失的存储介质中，在以后每次连接时使用。1. 生成初级密钥初始密钥 Kinit 为长度为 128 位的数字，由蓝牙设备使用 E22 算法产生。初始t 的生成过程如图 3.1 所示。在蓝牙连接中，提出通信请求的设备称为主设备（Master），本文中用 A 表示通信的设备称为从设备（Slave），本文中用 B 表示。从图中可以看到，产生初init 的 E22 算法有以下三个输入（明文）：（1）从设备的物理地址（BD_ADDR）。在生成 Kinit 前，主设备在进行设备扫获得所有开放设备的地址，也包括需要连接的从设备的地址 BD_ADDR。（2）PIN 码。PIN 码是主设备和从设备用来确定身份的随机数，可以是手动输（3）随机数(IN_RAND)。该随机数长度为 128 位，由主设备产生，该随机数请求认证时以明文发送给从设备。当主设备和从设备得到以上三个参数时，使用 E22 算法得到初始密钥 Kinit 包理地址，各拥有了四个参数，并且这四个参数完全一致，因此计算出来的 K同的。

【参考文献】