智能家居系统安全通信技术的研究与实现

发布时间：2017-09-04 00:19

  本文关键词：智能家居系统安全通信技术的研究与实现

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【摘要】：随着物联网和移动互联网技术的兴起,各种融合了这两种技术的产品不断涌现,在家居智能化方面,对智能家居系统的研究是近年来的一个研究热点。目前绝大部分针对智能家居系统的研究都是基于ZigBee网络,研究重点都放在如何丰富智能家居系统的控制功能上,对智能家居网络通信安全方面的研究很少。现阶段各种网络安全事件时有发生,对个人的隐私和财产安全都造成了较大威胁。网络安全已经成为移动互联网时代所必须面对的问题,在一个国家的安全体系中其具有和军事安全同等的地位。隐私是家庭环境特有的属性,考虑智能家居系统的安全通信问题有着非常现实的意义。本文重点研究安全通信技术在智能家居系统中的应用,在选定具体安全通信方案前,设计了一种以433 MHz作为家庭内部无线网络通信频率的新的智能家居系统硬件平台。该硬件平台是为了解决现阶段智能家居系统设备控制模块价格过高,通信协议过于复杂,缺少安全保护策略这三种可能影响其市场化的问题。完成了硬件平台各子功能模块设计后,本文对硬件平台进行了联合测试,测试结果显示：系统实现了预设的各种功能,达到了设计要求。针对智能家居系统的安全通信问题,本文在分析了智能家居系统网络组成结构后,找到了其中可能存在安全通信隐患的环节,并设计了一种智能家居系统安全通信解决方案。该方案由身份认证系统和数据加密系统组成,在对各模块算法进行研究后,本文将身份认证系统和数据加密系统进行了融合。身份认证系统能够完成登录用户身份的合法性检验工作,相对于传统静态口令身份认证系统而言,本文所设计的基于哈希函数消息认证算法的一次口令身份认证系统能够抵抗静态口令丢失攻击、伪造服务器攻击、重播攻击、窃听鉴权攻击四种常见的网络攻击手段。为解决控制指令在家庭内部无线网络中传输可能存在的被窃听、篡改等问题,本文设计了基于AES-128加密算法的数据加密系统。为弥补AES-128算法使用单一密钥而给整个系统通信安全所带来的影响,本文将身份认证系统产生的128位动态密钥输入数据加密系统,大大提高了系统的安全性。本文完成了系统硬件平台的搭建,并在该平台上实现了本文设计的安全通信解决方案,测试结果显示：论文完成了预定的课题目标。
【关键词】：智能家居 安全通信 身份认证 数据加密
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU855;TN918
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 课题研究现状9-14
• 1.2.1 智能家居产业发展现状9-11
• 1.2.2 智能家居通信协议的研究现状11-12
• 1.2.3 智能家居安全通信技术的研究现状12-14
• 1.3 论文主要研究内容及结构安排14-16
• 第2章 智能家居系统安全通信技术16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 身份认证技术16-22
• 2.2.1 MD5哈希函数16-19
• 2.2.2 一次口令认证技术19-20
• 2.2.3 基于MD5哈希函数的HMAC算法20-22
• 2.3 数据加密技术22-30
• 2.3.1 对称加密技术23
• 2.3.2 非对称加密技术23-24
• 2.3.3 AES-128对称加密算法24-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 智能家居系统硬件平台设计31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 智能家居系统硬件架构31-32
• 3.3 各模块硬件电路设计32-37
• 3.3.1 433MHz无线射频模块的设计与测试32-33
• 3.3.2 灯光控制电路设计33
• 3.3.3 温湿度检测电路设计33-34
• 3.3.4 电机控制电路设计34-35
• 3.3.5 串口通信模块电路设计35-36
• 3.3.6 单片机控制电路设计36
• 3.3.7 设备控制模块PCB设计及实物展示36-37
• 3.4 智能家居系统网关硬件展示37
• 3.5 智能家居系统功能测试37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 智能家居系统安全通信方案设计39-52
• 4.1 引言39
• 4.2 智能家居系统网络组成结构39
• 4.3 智能家居系统安全通信软件架构39-40
• 4.4 一次口令身份认证系统软件架构40
• 4.5 身份认证系统客户端软件设计40-43
• 4.5.1 身份认证系统客户端软件架构41-42
• 4.5.2 基于Android系统的客户端APP设计42-43
• 4.5.3 基于JAVA的客户端软件设计43
• 4.6 嵌入式安全网关的设计43-46
• 4.6.1 协议转换模块设计44-45
• 4.6.2 身份认证服务器软件架构设计45-46
• 4.7 433MHz无线家庭局域网通信规约设计46-48
• 4.8 数据加密系统设计48-50
• 4.9 身份认证系统和数据加密系统的融合设计50-51
• 4.10 本章小结51-52
• 第5章 智能家居系统安全通信方案的实现52-64
• 5.1 引言52
• 5.2 一次口令身份认证系统的设计与实现52-59
• 5.2.1 身份认证算法性能的评价标准52-53
• 5.2.2 基于HMAC算法的一次口令身份认证系统设计53-58
• 5.2.3 身份认证系统安全性分析58-59
• 5.3 AES-128数据加密算法的实现59-62
• 5.3.1 算法的硬件平台实现59-60
• 5.3.2 AES-128算法性能分析60-62
• 5.4 智能家居系统系统安全通信方案的验证62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐会艳;吴克力;孙庆英;;无线自组网中基于身份的口令认证方案[J];计算机工程与应用;2013年01期

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本文编号：788222