CN106571846A - 一种LoRa数据传输模块及数据加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LoRa数据传输模块及数据加密方法，包括主控单元、LoRa射频单元和安全芯片，安全芯片、主控单元、LoRa射频单元依次相连；所述的安全芯片中，以一MOS管作为安全芯片供电Vcc电路的供电开关，主控单元的GPIO接口连接该MOS管。本发明可避免密钥泄露，不易被外部攻击者读取或更改，有较高的物理安全性。

Description

一种LoRa数据传输模块及数据加密方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种LoRa数据传输模块及数据加密方法。
背景技术
LoRa是一种低功耗长距离无线通信技术，主要面向物联网(IoT)或M2M等，是应用于低功耗广域网(LPWAN)的重要无线技术。LoRa无线通信技术主要具有特点：(1)长距离，在密集城市环境下，LoRa基站和网关具有较强的穿透能力；在空旷郊区终端节点传感器与距离可达15～30公里，甚至更远。(2)低成本，LoRa前期的基础建设和运营成本，以及终端节点传感器的成本低。(3)标准化，LoRaWAN保证了应用间的互操作性，物联网方案提供商和电信运营商可以加速采用和部署。(4)低功耗，LoRaWAN协议专为低功耗而开发，电池寿命可达数年。
基于LoRa无线通信技术的LoRa数据传输模块主要具有数据获取功能和数据传输功能。LoRa数据传输模块安装于水表、气表、压力表等数据采集设备上，通过数据采集设备的标准接口获取数据，所获数据即明文。之后，LoRa数据传输模块采用存储的加密算法对明文加密，获得密文。密文经编码后，通过LoRa射频单元进行前向纠错编码和扩频调制，再通过无线电波发射。区域内部署的网关接收发射数据，所接收数据通过有线宽带网络传输到网络服务器进行解密，将解密后数据转发或本地存储。
目前市面上的LoRa数据传输模块主要包括主控单元(MCU)和LoRa射频单元(RF)。用来对明文进行加密的密钥存储于MCU的寄存器中，数据加密则通过存储于MCU中的加密算法实现。由于密钥存储于MCU的寄存器内，通过外部电路可获取密钥，导致密钥易泄露。由于数据加密通过软件程序实现，加密过程容易被跟踪、破解。
发明内容
本发明的目的是提供一种物理安全性更高的LoRa数据传输模块及数据加密方法。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种LoRa数据传输模块，包括主控单元、LoRa射频单元和安全芯片，安全芯片、主控单元、LoRa射频单元依次相连；所述的安全芯片中，以一MOS管作为安全芯片供电Vcc电路的供电开关，主控单元的GPIO接口连接该MOS管。
进一步的，主控单元和安全芯片通过UART接口连接，主控单元和LoRa射频单元通过SPI串口连接。
进一步的，主控单元主要包括第一处理器和寄存器，第一处理器和寄存器信号连接。
进一步的，安全芯片包括第二处理器、明文寄存器、密文存储器、密钥存储器和加密模块，明文寄存器、密文存储器、封装有密钥的密钥存储器、加密模块均与第二处理器信号连接。所述的加密模块为国密SM1加密模块。
进一步的，主控单元采用STM32L151xE型号MCU芯片。
进一步的，LoRa射频单元采用SX1278芯片。
进一步的，安全芯片采用HYM4616B2芯片。
基于上述LoRa数据传输模块的数据加密方法，包括：
(1)主控单元从数据采集设备获取数据Ds并存储；
(2)主控单元通过GPIO接口控制MOS管导通，给安全芯片供电；
(3)主控单元将数据Ds发送给安全芯片；
(4)安全芯片存储数据Ds；
(5)安全芯片读取封装于安全芯片内的密钥，对数据Ds进行加密得密文C1，并存储密文C1；
(6)安全芯片将密文C1发送给主控单元；
(7)主控单元存储密文C1；
(8)主控单元将密文C1传送给LoRa射频单元；
(9)LoRa射频单元对密文C1进行前向纠错编码和扩频调制后，通过无线电波发射密文C1。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)密钥封装于安全芯片内部，无法直接通过外部访问获得密钥，从而可避免密钥泄露。
(2)通过安全芯片进行硬件加密，加密过程不易被跟踪、破解。
(3)就算外部攻击者获知了明文、密文及所使用的加密算法，也无法破解密钥。
(4)不易被外部攻击者读取或更改，有较高的物理安全性。
附图说明
图1为本发明Loar数据传输模块的具体结构示意图。
具体实施方式
本发明通过在LoRa数据传输模块上增加安全芯片，来实现密钥的安全存储和硬件加密。同时，本发明还基于该LoRa数据传输模块提供了一种数据加密方法。
下面将结合具体实施方式进一步说明本发明技术方案。
见图1，LoRa数据传输模块包括主控单元、LoRa射频单元和安全芯片，安全芯片、主控单元、LoRa射频单元依次相连，主控单元和数据采集设备通过第一UART接口连接，主控单元和安全芯片通过第二UART接口连接，主控单元和LoRa射频单元通过SPI串口连接。主控单元主要包括第一处理器和寄存器，第一处理器和寄存器信号连接。安全芯片包括第二处理器、明文寄存器、密文存储器、密钥存储器和加密模块，明文寄存器、密文存储器、密钥存储器、加密模块均与第二处理器信号连接。
由于LoRa数据传输模块采用电池供电，无需传输数据时，主控单元和LoRa射频单元都自动进入Sleep模式，Sleep模式下主控单元和LoRa射频单元的功耗极低，一般都低至100nA以下。目前的安全芯片都不具备Sleep模式，无加密任务处理时，安全芯片的功耗约在10μA，为主控单元和LoRa射频单元总功耗的50倍左右。若直接将电源连接安全芯片的Vcc引脚，将导致无数据处理时LoRa数据传输模块的功耗过高，从而降低电源使用寿命。为此，本发明在安全芯片的供电Vcc电路上增加了MOS管作为供电开关，通过主控单元的GPIO接口来控制MOS管的导通和关断，从而实现对安全芯片的供电和断电。安全芯片无加密任务处理时，主控单元通过GPIO接口将MOS管设置为关断状态，使安全芯片断电从而降低功耗。
本具体实施方式中，主控单元采用STM32L151xE型号超低功耗32位MCU芯片，其工作频率为32MHz，数据处理能力为33.3DMIPS。LoRa射频单元采用SX1278芯片，SX1278芯片使用前向纠错和扩频技术，可提升数据无线传输的距离和灵敏度。安全芯片采用HYM4616B2芯片，HYM4616B2芯片为ISO/IEC 7816标准的CPU卡芯片系列，集成低功耗8051微处理器。
本发明基于上述LoRa数据传输模块的数据加密方法，包括：主控单元获取数据采集设备的数据，并将获取数据发送给安全芯片；安全芯片对接收数据进行加密，并将密文发送给主控单元；主控单元将接收密文发送给LoRa射频单元，LoRa射频单元对密文进行处理后，采用无线电波将密文发射出去。
下面将对本发明方法的具体步骤进行详细说明：
(1)主控单元的第一处理器打开第一UART接口，通过标准异步串行协议从数据采集设备获取数据Ds，并将数据Ds存储于主控单元的寄存器中。
(2)主控单元通过GPIO接口控制MOS管导通，给安全芯片供电；
(3)主控单元的第一处理器将数据Ds通过第二UART接口发送给安全芯片的第二处理器，第二处理器将收到的数据Ds，即明文Ds存储于明文寄存器。
(4)安全芯片的第二处理器将明文寄存器中明文Ds传输给加密模块，加密模块读取封装于密钥存储器内的128位密钥，对明文Ds进行加密，得密文C1，所得密文C1存储于密文寄存器。本具体实施中，加密模块为国密SM1加密模块。
(5)安全芯片的第二处理器读取密文寄存器中的密文C1，通过第二UART接口将密文C1传输给主控单元的第一处理器。
(6)主控单元的的第一处理器将密文C1存储于寄存器内。
(7)主控单元将寄存器内的密文C1通过SPI接口传送给LoRa射频单元。
(8)LoRa射频单元对密文C1进行前向纠错编码和扩频调制，然后通过无线电波将密文C1发射出去。
本文所涉及的“安全芯片”、“密钥”、“硬件加密”、“国密SM1算法”、“明文”、“密文”等专业术语的定义如下：
安全芯片，是可以独立进行密钥生成、加解密的装置。
密钥，是一种参数，它是在明文转换为密文或密文转换为明文的算法中输入的参数。
硬件加密，是通过芯片实现加密算法。
国密SM1(cryptographic algorithm)算法，是由国家密码管理局编制的一种商用密码分组标准对称算法。
明文，是指没有加密的数据。
密文，是指对明文进行加密后的数据。

Claims (9)

1.一种LoRa数据传输模块，其特征是：
包括主控单元、LoRa射频单元和安全芯片，安全芯片、主控单元、LoRa射频单元依次相连；所述的安全芯片中，以一MOS管作为安全芯片供电Vcc电路的供电开关，主控单元的GPIO接口连接该MOS管。
2.如权利要求1所述的LoRa数据传输模块，其特征是：
所述的主控单元和所述的安全芯片通过UART接口连接，所述的主控单元和所述的LoRa射频单元通过SPI串口连接。
3.如权利要求1所述的LoRa数据传输模块，其特征是：
所述的主控单元主要包括第一处理器和寄存器，第一处理器和寄存器信号连接。
4.如权利要求1所述的LoRa数据传输模块，其特征是：
所述的主控单元采用STM32L151xE型号MCU芯片。
5.如权利要求1所述的LoRa数据传输模块，其特征是：
所述的LoRa射频单元采用SX1278芯片。
6.如权利要求1所述的LoRa数据传输模块，其特征是：
所述的安全芯片包括第二处理器、明文寄存器、密文存储器、密钥存储器和加密模块，明文寄存器、密文存储器、封装有密钥的密钥存储器、加密模块均与第二处理器信号连接。
7.如权利要求6所述的LoRa数据传输模块，其特征是：
所述的加密模块为国密SM1加密模块。
8.如权利要求1所述的LoRa数据传输模块，其特征是：
所述的安全芯片采用HYM4616B2芯片。
9.一种基于权利要求1所述的LoRa数据传输模块的数据加密方法，其特征是，包括：
(1)主控单元从数据采集设备获取数据Ds并存储；
(2)主控单元通过GPIO接口控制MOS管导通，给安全芯片供电；
(3)主控单元将数据Ds发送给安全芯片；
(4)安全芯片存储数据Ds；
(5)安全芯片读取封装于安全芯片内的密钥，对数据Ds进行加密得密文C1，并存储密文C1；
(6)安全芯片将密文C1发送给主控单元；
(7)主控单元存储密文C1；
(8)主控单元将密文C1传送给LoRa射频单元；
(9)LoRa射频单元对密文C1进行前向纠错编码和扩频调制后，通过无线电波发射密文C1。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107819574A (zh) * 2017-11-10 2018-03-20 国网河南省电力公司鹤壁供电公司 一种基于国密SM1算法和LoRa技术的农村电网漏电故障系统
CN108200573A (zh) * 2018-02-01 2018-06-22 北京华大智宝电子系统有限公司 一种LoRa无线模块、数据传输系统和数据传输方法
CN110062346A (zh) * 2019-04-30 2019-07-26 微连锁(北京)科技发展有限公司 井口测控组件、系统及方法
CN111654858A (zh) * 2020-04-30 2020-09-11 广东电网有限责任公司 一种符合国家商密标准的LoRa通信模块

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040233064A1 (en) * 2003-05-20 2004-11-25 Li-Ming Tseng Voltage-detecting method and related circuits
CN102111265A (zh) * 2011-01-13 2011-06-29 中国电力科学研究院 一种电力系统采集终端的安全芯片加密方法
CN102404625A (zh) * 2011-11-09 2012-04-04 北京赛科世纪数码科技有限公司 一种机顶盒及其待机控制方法
CN104080080A (zh) * 2014-06-05 2014-10-01 天地融科技股份有限公司 一种语音通话的数据处理系统
CN204652379U (zh) * 2015-03-27 2015-09-16 武汉慧联无限科技有限公司 一种基于Lora通信技术的无线通信模块
CN204761563U (zh) * 2015-08-03 2015-11-11 深圳市慧眼视讯电子有限公司 一种用于摄像机模组板降低热功耗的电路
CN206077381U (zh) * 2016-10-17 2017-04-05 国动物联网技术（上海）有限公司 一种LoRa数据传输模块

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040233064A1 (en) * 2003-05-20 2004-11-25 Li-Ming Tseng Voltage-detecting method and related circuits
CN102111265A (zh) * 2011-01-13 2011-06-29 中国电力科学研究院 一种电力系统采集终端的安全芯片加密方法
CN102404625A (zh) * 2011-11-09 2012-04-04 北京赛科世纪数码科技有限公司 一种机顶盒及其待机控制方法
CN104080080A (zh) * 2014-06-05 2014-10-01 天地融科技股份有限公司 一种语音通话的数据处理系统
CN204652379U (zh) * 2015-03-27 2015-09-16 武汉慧联无限科技有限公司 一种基于Lora通信技术的无线通信模块
CN204761563U (zh) * 2015-08-03 2015-11-11 深圳市慧眼视讯电子有限公司 一种用于摄像机模组板降低热功耗的电路
CN206077381U (zh) * 2016-10-17 2017-04-05 国动物联网技术（上海）有限公司 一种LoRa数据传输模块

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107819574A (zh) * 2017-11-10 2018-03-20 国网河南省电力公司鹤壁供电公司 一种基于国密SM1算法和LoRa技术的农村电网漏电故障系统
CN108200573A (zh) * 2018-02-01 2018-06-22 北京华大智宝电子系统有限公司 一种LoRa无线模块、数据传输系统和数据传输方法
CN110062346A (zh) * 2019-04-30 2019-07-26 微连锁(北京)科技发展有限公司 井口测控组件、系统及方法
CN111654858A (zh) * 2020-04-30 2020-09-11 广东电网有限责任公司 一种符合国家商密标准的LoRa通信模块

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