6LoOWPAN嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與安全性研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的網(wǎng)絡(luò)，近年來得到了迅速發(fā)展和普遍重視。它擴(kuò)展了人們對于物理信息的獲取能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。IEEE802.15.4是針對低速無線個域網(wǎng)(Low-PowerWirelessPersonalAreaNetwork，LoWPAN)制定的標(biāo)準(zhǔn)，它定義了LoWPAN的物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)，是一種低能耗、低速率、低成本的通信標(biāo)準(zhǔn)。由于LoWPAN自身存在的限制因素，把IP技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展到LoWP

2、AN曾被認(rèn)為是不切實(shí)際的。為此，IETF工作組提出了一種解決方案——6LoWPAN(IPv6overLoWPAN)，實(shí)現(xiàn)了IPv6和IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。
　　 隨著無線傳感器技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，安全性成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)必須考慮的問題。6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域的開放性使得設(shè)備容易受到攻擊者的物理破壞，完全暴露的無線信道也容易成為攻擊的目標(biāo)。并且，除了滿足一般的網(wǎng)絡(luò)安全需求外，還要考慮6LoWPAN自身的特點(diǎn):節(jié)點(diǎn)

3、有限的存儲空間和計(jì)算能力，低功耗和有限的帶寬，缺乏后期節(jié)點(diǎn)布置的先驗(yàn)知識等。這些限制使得很多復(fù)雜、成熟的安全協(xié)議和算法不能直接應(yīng)用于6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)。
　　 結(jié)合IPv6技術(shù)在LoWPAN中的應(yīng)用以及6LoWPAN所面臨的網(wǎng)絡(luò)安全問題，本文設(shè)計(jì)了一款基于6LoWPAN的嵌入式網(wǎng)關(guān)，并對其網(wǎng)絡(luò)安全方面做了進(jìn)一步的研究。本文的主要內(nèi)容如下:
　　 首先，對IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)及6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行了分析。結(jié)

4、合6LoWPAN關(guān)鍵技術(shù)，提出了網(wǎng)關(guān)雙協(xié)議棧的設(shè)計(jì)方案。在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)內(nèi)部定義了三大模塊，分別用于查詢轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換和加/解密操作。由于每個802.15.4設(shè)備都具有16位短地址和IEEEEUI-64擴(kuò)展地址，并且802.15.4所能傳送的數(shù)據(jù)包長度小于IPv6定義的長度，需要由適配層對IPv6數(shù)據(jù)包進(jìn)行分片和重組，并采用報(bào)頭壓縮機(jī)制提高分片利用率。因此，本文在網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)中加入了地址映射表，用于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)16位短地址和IPv6地址的快速轉(zhuǎn)換，

5、這樣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)可以全部采用短地址通信，既提高了分片利用率又加快了節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)包的處理速度。另外，該嵌入式網(wǎng)關(guān)具有存儲節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)送的數(shù)據(jù)的功能，滿足了用戶對歷史數(shù)據(jù)的查詢需求。
　　 其次，通過對IEEE802.15.4、IPv6和LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)安全性分析，研究了嵌入式網(wǎng)關(guān)的安全可信問題。對網(wǎng)絡(luò)中幾種常用的加密算法進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明，RC5是一種簡單高效的算法，其安全性高，對存儲量要求低，適合在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行。SNEP作

6、為WSN中一種具有低通信開銷的安全協(xié)議，只描述了安全實(shí)施的過程，未指定具體的實(shí)現(xiàn)算法。在本文提出的安全實(shí)施方案中，使用RC5算法和CBC-MAC算法對SNEP協(xié)議進(jìn)行了具體實(shí)現(xiàn)。為了保證遠(yuǎn)程用戶的安全訪問，網(wǎng)關(guān)采用專門針對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的Web服務(wù)器GoAhead，為多用戶提供分級訪問服務(wù)，并能防止非法用戶對機(jī)密信息的獲取。
　　 最后，對基于6LoWPAN的嵌入式安全網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了編碼實(shí)現(xiàn)和性能分析。目前，6LoWPAN尚沒有可共