現如今的物聯網技術飛速發(fā)展,絕大多數物聯網技術都是基于無線傳輸的方式傳遞信息。由于無線信號都是暴露在空氣中,因此對傳輸信息的加密就是非常重要的。
密碼學是一門很古老的學科,遠古時代人類在經濟、軍事活動中就通過密文來傳遞信件,即使信件被敵方截獲也不會被敵方破譯出內容。而到了近代,無線電技術的應用和普及,特別是軍事上的應用,無線信號的加密尤為重要,北洋水師因為電報泄密導致戰(zhàn)敗,山本五十六因為電報被破譯導致被美軍斬首擊斃。加密技術和破解技術都在不斷進化,特別是物聯網技術的普遍應用,加密技術必須是每一種物聯網技術需要考慮的首要因素。
加密技術主要可以分為兩種類型:對稱加密和非對稱加密。
對稱加密就是信息的發(fā)送者使用和信息接收者使用相同的密鑰,發(fā)送方使用該密鑰對信息進行加密,接收者使用同樣的密鑰對信息進行解密。我們在諜戰(zhàn)劇中經??吹皆跀澈蟮牡叵曼h員會使用一個密碼本和自己的上線進行聯系,這個密碼本就是密鑰。一旦密碼本被敵人拿到就意味著很多人犧牲,因此地下黨員們都會不惜生命防止密碼本落入敵人手中。
其實對稱加密在絕大多數情況下是很安全的,主流的物聯網應用都還在采用對稱加密,比如智能家居和消費電子。使用對稱加密時,只有保證密鑰不被泄露就是安全的。在一些物聯網設備上,通常會把密鑰固化在設備硬件中,這樣就杜絕了密鑰泄密的可能。但是這種方式導致設備的通用性差,設備之間通信需要提前設置密鑰,而且一旦設備本身被不法分子獲取到,不法分子甚至可以通過拆解芯片的方式獲取密鑰。
因此在一些使用對稱加密的設備,如智能家居,則會采用動態(tài)密鑰的方式。智能家居中心(網關)會隨機生成密鑰,然后讓接入進來的終端設備與其進行一個握手操作,在這一瞬間就把密鑰發(fā)送給終端設備。只要這一瞬間密鑰不被截獲,那么就不用擔心泄密。但是任何事情都是不怕一萬就怕萬一,因此在使用對稱加密時通常會將幾種方法同時應用。例如Zigbee智能家居應用中,網關會隨機生成密鑰,同時接入進來的終端設備自己也有一個預設密鑰,把終端設備的預設密鑰輸入到網關后,網關會先用預設密鑰給生成密鑰進行加密,再把加密后的網關密鑰傳遞給終端設備,每個終端設備都有各自的預設密鑰。這樣即使一個終端設備泄密,也不會導致整個系統泄密。
但是物聯網設備的安全性做到這種地步,但是對于一些應用,例如自動售貨機,POS機,水電氣表,這種涉及到交易的設備,即使一個終端泄密,也會造成重大損失。因此就要用到非對稱加密。
而非對稱加密則是信息發(fā)送者和接受者使用不同的密鑰來進行通信。通常是信息的接收者會設計出一套加密和解密規(guī)則,加密和解密使用兩個不同的密鑰。接收者把加密密鑰先傳遞給發(fā)送者,發(fā)送者用這套密鑰對信息進行加密,但是這套密鑰不能對已加密的信息進行解密,需要接收者用專門的解密密鑰對信息進行解密,這樣即使加密密鑰被泄密也不會導致信息被破解。相傳周恩來總理也是一位密碼學專家,他就設計過一套非對稱加密機制,他會為每一個派去敵后的地下黨同志單獨一個密碼本,這個密碼本即使被敵人拿到也無法破譯持有密碼本那位地下黨同志的情報,唯獨周總理用他自己設計的譯碼規(guī)則才能獲取到正確的情報內容。
物聯網的非對稱加密最典型的應用就是Zigbee協議棧中的SE協議(Smart Energy)。也就是基于Zigbee技術的電能表,因為這類設備需要對電費進行結算,因此必須考慮結算數據的安全性。在智能電表應用中,需要網關進行操作,扣除電表上充值的費用,為了保證網關正確扣費,因此智能電表需要采用非對稱加密。通常智能電表中會生成一個密鑰種子,這個密鑰種子就類似周總理手中的“超級密碼”。智能電表會根據密鑰種子,每次都生產不同的密鑰,并把密鑰發(fā)給網關。這個密鑰只在一個時間段內有效,網關如果需要扣除電表上的費用,就要使用當前分發(fā)的密鑰對扣費金額加密。如果密鑰被截獲,同時網關對電表扣費的信息也被截獲,但是使用密鑰對截獲信息進行解密,是無法知道具體扣費金額是多少,因此截獲了密鑰和扣費信息的人無法對扣費信息進行更改。
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