CN103874067A - 用于无线网络的认证和数据安全 - Google Patents

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Abstract

本发明为用于无线网络的认证和数据安全，提供安全系统的方法和设备，所述方法包括以下步骤：具有秘密密钥以及IEEE或MAC地址的登记传感器自动地形成调试密钥，所述登记传感器形成包括所述IEEE或MAC地址以及所述调试密钥的登记请求，协调器传感器从所述登记传感器接收用于登记的无线请求，所述协调器传感器具有所述秘密密钥的单独的副本，所述协调器传感器经由所接收的用于登记的请求以及所述秘密密钥的所述单独的副本来自动地认证所述登记传感器；以及所述登记传感器在所述6LoWPAN操作协议下接合所述无线网络的所述协调器传感器。

Description

用于无线网络的认证和数据安全
技术领域
本领域涉及安全系统，并且更特别地涉及无线安全系统。
背景技术
安全系统是周知的。这样的系统通常涉及由一个或多个传感器保护的安全区域。安全区域可以包括在安全区域周围提供的带有一个或多个入口（例如，门、窗等等）的物理屏障（例如，墙、篱笆等等）的某种形式，所述入口允许经授权的人员进入安全区域或从安全区域外出。可以以限位开关的形式提供传感器，其被布置为检测由侵入者进行对入口的打开。也可以以运动检测器的形式提供传感器，其检测安全区域的一部分内的运动。
传感器可以耦合至本地报警面板。如果检测到侵入者，报警面板可以激活本地可听的报警。报警面板也可以将报警消息发送到中央监控站。
传感器可以无线地耦合至报警面板。在这种情况下，传感器中的每个（以及报警面板）装备有单独的射频收发器。这样的收发器通常在不要求FCC许可证的低功率级别处进行操作。
在大多数情况下，在收发器之间的无线交换是加密的，以避免对安全系统的破坏。通常，这要求使用秘密编码方案。然而，这使设立这种无线传感器耗时且昂贵。因此，存在用于设立这种系统的更好的方法的需要。
附图说明
图1是根据图示的实施例一般示出的安全系统的框图；以及
图2是图1的系统的无线网络。
具体实施方式
尽管实施例可以采取许多不同的形式，但是在理解本公开内容将被认为是关于此的原理的例证以及实践其的最好的模式的情况下，在附图中示出并将在本文中详细地描述其特定实施例。不意在限制为图示的特定实施例。
图1是根据图示的实施例一般示出的安全系统10的框图。包括在安全系统10内的是用来保护安全区域12的传感器16、18的组14。传感器16、18转而可以耦合至监控传感器16、18中的每个的状态的报警面板20。
传感器16、18可以基于许多不同技术中的任何技术。例如，传感器16、18可以包括耦合至门或窗的一个或多个限位开关，其提供到进入安全区域12或者从安全区域12外出。
可替换地，传感器16、18可以包括一个或多个使用红外技术或图像处理技术的运动检测装置。例如，在一个实施例下，一个或多个装置16、18可以是PIR装置。可替换地，一个或多个装置可以是带有处理器的摄像机，所述处理器比较连续图像以检测跨越摄像机中的每个的视场的人或物体的运动。
仍如进一步替换的，传感器16、18可以包括一个或多个火灾或气体检测装置。在传感器检测火灾的情况下，装置16、18可以基于许多不同的感测方法（例如，一氧化碳检测、烟雾检测等等）中的任何方法。
装置16、18中的每个可以无线地耦合至报警面板20。在这点上，在报警面板20内的一个或多个无线收发器22可以耦合至在传感器16、18中的每个内的各自的收发器24。
包括在报警面板20内的可以是监控传感器16、18的一个或多个处理设备（处理器）26、28。包括在传感器16、18中的每个内的也可以是一个或多个处理器26、28。处理器26、28可以在从非瞬态计算机可读介质（存储器）34加载的一个或多个计算机程序30、32的控制下进行操作。如本文中使用的，对由程序30、32中的一个执行的步骤的引用也是对执行该步骤的处理器26、28的引用。
一般地，报警面板20可以通过用户接口36来进行控制。用户可以通过用户接口的键盘40来使系统10和面板20防御或者解除系统10和面板20的防御。报警面板20的状态可以在显示器38上示出。
一旦防御，传感器处理器26、28可以监控传感器16、18中的每个的状态。在检测到传感器16、18中的一个的活动时，传感器处理器可以将激活的通知传送到报警处理器26、28。响应中的报警处理器可以将报警消息发送到中央监控站42。中央监控站可以通过取决于报警类型召唤消防或警察部门来进行响应。
图2描绘了包括传感器16、18（在图2中标记100-126）的组14和收发器22的无线通信网络128。为了方便，图2的传感器100-126将用于解释通信系统的目的，所述通信系统使传感器100-126彼此互连并通过收发器22与报警面板20互连。
一般地，传感器100-126在互联网协议版本6（IPv6）下彼此交换分组并且与收发器22交换分组。在特定的例外的情况下，图2的通信网络在 IPv6低功耗无线个人局域网络（6LoWPAN）协议下将其自身组织为通信层次（hierarch）。一个例外是使用下面更详细地描述的秘密密钥或秘密密钥阵列。
图2的无线网络包括操作用于在其它传感器中间协调通信的许多传感器（协调器传感器100、102、118、120）以及在各自的通信链的末端处的许多传感器（末端传感器104、106、108、110、116、122、124、126）。图2的系统也包括在传感器中间路由通信的传感器（路由器传感器112）
传感器100-126和报警面板20的收发器22、24可以在从2405到2480Mhz的频率范围中进行操作。收发器可以在该频率范围内的16个不同的信道上进行操作。
可以将秘密密钥128或秘密密钥128的阵列130以及报警面板20的系统地址提供给传感器100-126中的每个。也可以将传感器100-126中的每个的自己唯一的电气和电子工程师（IEEE）地址或者媒体访问控制（MAC）地址提供给传感器100-126中的每个。可以在制造期间经由与编程装置的直接物理连接来提供秘密密钥128、面板20的系统地址以及IEEE或MAC地址，以便确保传感器100-126的安全。
为了形成无线网络，协调器传感器中的每个可以被提供有将可能接合网络的传感器的细节。有效的传感器可以由IEEE或MAC地址以及唯一的调试密钥来识别。在这点上，由传感器100-126的加密处理器24、26在传感器100-126中的每个内独立地形成调试密钥。在这点上，通过用秘密密钥加密IEEE或MAC地址来形成调试密钥。
为了形成网络，末端传感器中的每个可以将登记消息发送到各自的协调器传感器以作为允许末端传感器接合协调器传感器的过程的一部分。登记消息包括末端传感器的IEEE或MAC地址以及末端传感器的调试密钥。协调器传感器接收登记消息，并且通过使用它自己单独的秘密密钥副本在解密处理器内解密调试密钥并由此恢复末端传感器的IEEE或MAC地址来认证末端传感器。然而，因为IEEE或MAC地址被包括在原始接收的在未加密格式下的登记请求消息中，所以协调器传感器的比较处理器可以用来简单地比较恢复的IEEE或MAC地址与作为登记消息的一部分的原始接收的未加密的IEEE或MAC地址。在存在恢复的IEEE或MAC地址与原始接收的IEEE或MAC地址之间的匹配的情况下，认证末端传感器。以类似的方式，每个传感器100-126可以认证来自任何其它传感器100-126的任何传输。类似的过程可以由报警面板使用以认证来自传感器100-126的传输，并且由传感器使用以认证来自报警面板的传输。
现在转向无线网络，一般地，将提供传感器100-126如何将它们自己布置到无线网络中的解释。为了简单起见，解释将主要基于单个协调器传感器和单个末端传感器。类似的过程可以由协调器传感器用来接合其它协调器传感器和报警面板20。
例如，在启动时，协调器传感器立即开始搜索适当的无线电信道。在这点上，协调器传感器将搜索、识别并采用供使用的具有最小测定活动的射频信道。
协调器传感器可以将唯一的个人域网（PAN）标识符（id）分配给网络。PAN标识符可以在制造期间存储在传感器的存储器中，或者可以基于秘密密钥128。协调器传感器可以倾听任何相邻网络的PAN id，以验证PAN标识符是唯一的。如果它不是，则协调器传感器可以使标识符递增直至找到唯一的值。
然后，协调器传感器可以进入“调试模式”，其中，协调器传感器可以接合其它传感器。调谐器传感器接着在所采用的信道上倾听来自其它传感器（路由器传感器和末端传感器）的接合网络的登记请求。
在启动时，末端传感器（和路由器传感器）扫描可用信道以识别带有调试模式下的协调传感器的信道。末端传感器（和路由传感器）在所识别的信道上发射信标请求并等待来自传感器可能接合的协调传感器的信标。在这点上，末端传感器（和路由器传感器）可以检测末端传感器（和路由器传感器）可以以父子关系接合的一个或多个协调传感器。
末端传感器可以接合在星状网络或树状网络中的协调传感器。在星状网络中，路由器传感器将简单地假定任何另一个末端传感器的角色。
最初，协调器传感器可以仅是新末端传感器的潜在父亲。然而，一旦网络已经部分地形成，接合末端传感器可能能够检测相同网络的协调器传感器和一个或多个路由传感器。在这种情况下，末端传感器可以使用规则的顺序集合以选择它的父亲。第一选择可以基于信号强度，其中，具有最高信号强度的父亲首先被选定。接下来，考虑每个父亲的孩子的数量，其中，将偏好给予具有最少孩子的父亲。最后，考虑树的深度，其中，将偏好给予树中最高的父亲。这些规则由作为路由器传感器进行操作的任何传感器以相反的次序进行使用。
然后，末端传感器将作为接合请求的登记消息发送到所选定的父亲，要求通过它接合无线网络。协调器传感器最初可以拒绝末端传感器被授权向系统所登记的（经由IEEE或MAC地址以及调试密钥）验证待决的，接合请求。在最初的拒绝之后，末端传感器可以将登记请求重新发送到相同的潜在父亲，这次用传感器的调试密钥加密了请求。假如传感器已经由潜在的父亲成功地证实且登记请求可以用秘密密钥进行解密，则接受请求。
然后，末端传感器将建立路由消息发送到协调器传感器。协调器传感器用网络中的传感器的会员资格的确认来回答。消息的该交换使末端传感器的的条目集合被添加到在末端传感器与协调传感器之间的路由表。
一般地，由传感器通过网络128发送的任何分组可以包含用于路由目的的两个地址，包括目的地传感器的第一地址和下一跳传感器的第二地址。当分组通过网络传播时，第二地址在每跳之后由接收传感器修改，并且对于最后的跳变得与目的地传感器地址相同。
响应于对建立路由消息的接收，协调器传感器可以将网络安全密钥（运行时间密钥）转发到末端传感器。网络安全密钥可以基于秘密密钥，或者可以是所选定的密钥阵列中的一个。
一旦传感器100-126已经将它们自己组织成无线通信网络128，在传感器100-126中的每个内的各自的监控处理器26、28可以监控感测元件的改变。在检测到阈值以上的改变时，处理器100、126可以组成并发送分组到对应处理器26、28，并且报警面板通知报警面板所述改变。分组可以在一些情况下（例如，协调器传感器100）被直接发射到面板20，或者可以由其它传感器接收并进行重新发射（例如，传感器106将分组发射到传感器100，并且传感器100将分组重新发射到报警面板20）。
系统10，并且尤其是，系统10的无线网络提供超过常规的系统的许多优点。例如，将秘密密钥保存到传感器100-126中允许在不需要受过训练的技术员输入密码或其它加密数据的情况下建立系统。因为每个传感器100-126具有存储在存储器中的秘密密钥，所以每个系统10可以在没有任何多义性的情况下识别其传感器100-126的网络的任何其它成员。
此外，在装置100-126中的每个的存储器中保存的秘密密钥的存在允许在不危害安全的情况下周期性地（或者在安装之后立即）改变秘密密钥。在这种情况下，可以在不丢失安全的情况下简单地由最初保存的秘密密钥对任何新的秘密密钥进行加密并通过空中接口进行传送。
可替换地，在存储器中保存秘密密钥阵列的情况下，可以在预先确定的时间段内从秘密密钥的阵列中顺序或随机选定秘密密钥。
在预先确定的时间段之后，在阵列中的下一个秘密密钥可以用于另一个时间段。
从前述中将观察到的是，在不脱离其精神和范围的情况下可以实现许多变化和修改。可以理解的是，意在或者应当推断不就本文中说明的特定设备而论进行限制。当然，意在通过所附权利要求来覆盖落入权利要求的范围内的所有这些修改。

Claims (15)

1. 一种方法，包括：
具有秘密密钥以及电气和电子工程师协会（IEEE）地址或媒体访问控制（MAC）地址的登记传感器通过用所述秘密密钥对所述IEEE或MAC地址进行加密来自动地形成调试密钥，所述登记传感器在无线网络中的IPv6低功耗无线个人局域网络（6LoWPAN）操作协议下进行操作；
所述登记传感器形成包括所述IEEE或MAC地址以及所述调试密钥的登记请求；
在所述无线网络中的所述6LoWPAN操作协议下进行操作的协调器传感器从所述登记传感器接收用于登记的无线请求，所述协调器传感器具有所述秘密密钥的单独的副本；
所述协调器传感器经由所接收的用于登记的请求以及所述秘密密钥的所述单独的副本来自动地认证所述登记传感器；以及
所述登记传感器在所述6LoWPAN操作协议下接合所述无线网络的所述协调器传感器。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述自动地认证的步骤进一步包括所述协调器传感器通过使用所述秘密密钥的所述单独的副本解密所述调试密钥来恢复所述IEEE或MAC地址，并且将所恢复的IEEE或MAC地址与所接收的IEEE或MAC地址匹配。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，共同的秘密密钥进一步包括秘密密钥阵列。
4. 如权利要求1所述的方法，进一步包括所述协调器传感器选定所述秘密密钥阵列中的一个，使用所选定的秘密密钥对新网络密钥进行加密，并且将所加密的新网络密钥发送到子传感器。
5. 如权利要求4所述的方法，进一步包括每次改变所述网络密钥时，选定所述秘密密钥阵列中的不同的一个。
6. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在向所述协调器传感器登记的传感器列表中保存所述调试密钥以及IEEE或MAC地址。
7. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在制造所述协调器传感器期间在所述协调器传感器的存储器内保存所述共同的秘密密钥或秘密密钥阵列。
8. 一种设备，包括：
登记传感器，其在无线网络中的IPv6低功耗无线个人局域网络（6LoWPAN）操作协议下进行操作；所述登记传感器具有秘密密钥以及电气和电子工程师协会（IEEE）地址或媒体访问控制（MAC）地址，所述登记传感器通过用所述秘密密钥对所述IEEE或MAC地址进行加密来自动地形成调试密钥，所述登记传感器形成并无线地发射包括所述IEEE或MAC地址以及所述调试密钥的登记请求；以及
所述协调器传感器在所述无线网络中的所述6LoWPAN操作协议下进行操作，所述协调器传感器从所述登记传感器接收用于登记的无线请求，所述协调器传感器具有所述秘密密钥的单独的副本，所述协调器传感器经由所接收的用于登记的请求以及所述秘密密钥的所述单独的副本来自动地认证所述登记传感器，其中，所述登记传感器在所述6LoWPAN操作协议下接合所述无线网络的所述协调器传感器。
9. 如权利要求8所述的设备，其中，所述协调器传感器进一步包括处理器，其通过使用所述秘密密钥的所述单独的副本解密所述调试密钥来恢复所述IEEE或MAC地址，并且将所恢复的IEEE或MAC地址与所接收的IEEE或MAC地址匹配。
10. 如权利要求8所述的设备，其中，所述秘密密钥进一步包括秘密密钥阵列。
11. 如权利要求10所述的设备，进一步包括密钥处理器，其选定所述秘密密钥阵列中的一个，以创建所述调试密钥。
12. 如权利要求10所述的设备，进一步包括网络密钥处理器，其选定所述秘密密钥阵列中的一个，并且用所选定的秘密密钥对新网络密钥进行加密。
13. 如权利要求8所述的设备，其中，所述登记传感器进一步包括多个子传感器，所述多个子传感器均向所述协调器传感器登记。
14. 如权利要求8所述的设备，进一步包括向所述协调器传感器登记的路由器传感器。
15. 如权利要求8所述的设备，进一步包括安全系统。
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