基于ZigBee的安全消息传输的研究

摘要

无线传感器网络具有通信能力有限、电源能量有限、计算速度和存储空间有限、传感器节点配置密集和网络拓扑结构灵活多变等缺陷，不能保证数据信息在传输中机密性，完整性，真实性和时效性。这些缺陷对无线传感器网络的发展极为不利，没有安全可靠的网络传输保证，其在将来的推广中也会大大受阻。这些问题推动了基于ZigBee的安全消息传输的研究。为此，本文从ZigBee网络节点特性和ZigBee通信网的安全机制进行分析和研究，总结出ZigBee消息在应用层的安全传输是问题的关键。因此，提出了一种ZigBee应用层消息安全机制，将无线传感器网络划分为基于簇的分层体系结构，应用了由Diffie-Hellman密钥协商协议扩展的群组密钥协商机制，结合基于CBC模式的DES加密算法，对ZigBee应用层的消息数据进行封装。
　　 最后，对本文提出的ZigBee应用层消息安全机制进行实验与分析。本文主要使用CC2530模块组建ZigBee通信网络的硬件平台，并通过接口设备LTC1756和ISO7816的硬件接口驱动程序将SAM卡与CC2530模块进行连接，把本文中提出的ZigBee应用层消息安全机制应用到ZigBee通信网络中，并使用CC2531模块和PacketSniffer（包嗅探器）软件对其应用层消息数据的安全传输进行实验与分析，证明了本文中提出的ZigBee应用层消息安全机制的可行性。再对DES软件、DES硬件、基于CBC模式的DES软件和基于CBC模式的DES硬件等几种加密方式的加密效率进行测试与对比。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 无线传感器网络介绍

1．1．2 无线传感器网络体系结构

1．1．3 无线传感器网络标准现状及应用前景

1．2 几种近距离无线通信技术

1．3 研究意义和目标

1．4 本文研究内容和组织结构

2 ZigBee技术

2．1 ZigBee中的设备

2．2 ZigBee协议机制

2．3 ZigBee网络拓扑结构

2．4 ZigBee网络安全机制

2．5 对称加密算法概述

2．5．1 AES加密算法

2．5．2 DES加密算法

2．6 小结

3 SAM卡在无线传感器网络中的应用实现

3．1 SAM卡

3．1．1 物理特性

3．1．2 触点的尺寸和位置

3．1．3 电信号和传输协议

3．1．4 TimeCOS／PSAM命令集

3．2 SAM卡在无线传感器网络中的应用

3．2．1 ZigBee通信模块硬件平台简介

3．2．2 SAM卡与CC2530模块的硬件连接

3．2．3 SAM卡硬件接口驱动程序

3．3 小结

4 ZigBee应用层消息安全机制的设计

4．1 密钥协商

4．1．1 Diffie-Hellman密钥协商协议及其扩展应用

4．1．2 密钥协商在本方案中的应用

4．2 应用层消息的封装结构

4．3 应用层消息处理流程

4．3．1 应用层封装消息数据的流程

4．3．2 应用层解封消息封装包的流程

4．4 小结

5 实验与分析

5．1 ZigBee通信模块与PC机信息交互的硬件配置

5．2 ZigBee应用层消息安全机制的实现与应用

5．2．1 ZigBee通信模块与PC机信息交互的代码实现

5．2．2 应用层消息处理流程的代码实现

5．2．3 ZigBee应用层消息安全机制的应用

5．3 本文设计ZigBee应用层消息安全机制的安全测试

5．4 性能测试及比较

5．5 小结

6 全文工作总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 下一步研究方向

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文