TWI713793B - 使用ＩＰｖ６的物聯網系統及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種使用IPv6的物聯網系統及其操作方法，其包含：告警系統、管控軟體、閘道器與多個終端設備。所述告警系統可提供發送簡訊或電子郵件至特定位址功能，所述管控軟體具備認證模組與管控模組，所述閘道器具備管理者認證模組、監控模組、IPv6路由器模組與安全控管模組，所述終端設備具備感測器與IPv6 Host模組。本發明透過IPSec達到使用者認證與安全存取兩功能，管理者透過管控軟體取得閘道器認證後才能存取終端設備，存取訊息亦為加密後才在網路上傳送，此安全機制可降低訊息被竊聽，亦可避免惡意連線意圖操控終端設備，加密技術隱藏終端設備之IPv6位址，避免終端設備位址暴露於網路中，亦可提高設備安全性。
Description
本發明係有關於具備安全存取物聯網裝置之系統，特別用於使用IPv6溝通之系統。
近幾年物聯網應用與類型日益廣泛，其中智慧家庭應用提供使用者智能控管家中環境與設備，使用者可在遠端透過行動裝置遙控家中設備，提升了居家環境的舒適與便利性，此便利若不具備安全性將使家中設備成為網路駭客的攻擊目標，因此智慧家庭服務必須具備可靠安全機制。
目前智慧家庭安全機制主要分兩階段，第一階段是使用者身分認證以確保連線之合法性，使用者經由管理平台認證以確認身分，而後才有存取智慧家庭設備權利；第二階段是傳送管控訊息。從專利檢索中篩選出一種智能家居客戶端登入的安全認證方法與一種智能家居物聯網安全控制方法及系統即以提供安全存取物聯網服務為目的。
本發明的目的在於提供一可靠的IPv6物聯網系統與方法，管理者經由安全連線方能存取閘道器下之終端設 備，閘道器提供與管理者間的安全連線和主動監控終端設備之功能，在管理者未連線終端設備時提供主動告知終端設備異常服務，提供一安心使用家庭物聯網系統。
為達上述之目的，本發明提供一種使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其包括：令管控軟體與閘道器溝通以取得金鑰；令該管控軟體之認證模組利用該金鑰並透過IPSec加密帳號密碼，傳送該帳號密碼至該閘道器之管理者模組，以於確認該帳號密碼正確後，令該閘道器之安全管控模組動態新增防火牆規則；令該管控軟體傳送經IPSec加密的管控訊息至該閘道器，其中，該閘道器之IPv6路由器解密經加密之該管控訊息之外層，以根據經加密之該管控訊息之內層中的IPv6 header之目的地位址，將經加密之該管控訊息轉送至對應之終端設備；以及令該閘道器之該安全管控模組刪除該防火牆規則。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其進一步包括令該閘道器監控該終端設備，其包括：該閘道器送出封包至該終端設備以取得該終端設備之資訊列表；若該閘道器收到該終端設備之回應，確認該終端設備運作正常；若該閘道器未收到該終端設備之回應，該閘道器重新發送預設次數的封包並於預設時間內等待該終端設備之回應；以及若該閘道器重新發送該預設次數的封包後，仍未收到該終端設備之回應，該閘道器發送異常設備資訊至告警系統以令該告警系統發送告警訊息。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，該封 包含有URI為./well-known的約束應用協議請求(CoAP request)。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，該防火牆規則允許利用經加密之該管控訊息之內層中的IPv6 header之來源IPv6位址主動連線。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，令該管控軟體與該閘道器是透過IKEv2溝通。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，令該管控軟體利用IPSec tunnel mode加密以傳送經加密之該管控訊息至該閘道器。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，該終端設備是Bluetooth終端設備。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，該終端設備是802.14.4終端設備。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，該終端設備具有IPv6 Host模組。
前述使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其中，該令該閘道器監控該終端設備中包括於該閘道器中設定判斷該終端設備是否正常所需重送之封包次數。
本發明更提供一種使用IPv6的物聯網系統，其包括：閘道器，其具有管理者認證模組、安全管控模組以及IPv6路由器；管控軟體，其與該閘道器溝通以取得金鑰，該管控軟體具有認證模組，以藉由金鑰並透過IPSec加密帳號密碼，以傳送該帳號密碼至該閘道器的該管理者認證模組 確認該帳號密碼是否正確；終端設備，其連接於該閘道器之該IPv6路由器以接受來自該管控軟體經由該閘道器傳送至該終端設備之透過IPSec加密之管控訊息，其中，該閘道器之該IPv6路由器解密經加密之該管控訊息之外層，以根據經加密之該管控訊息之內層中的IPv6 header之目的地位址，將經加密之該管控訊息轉送至該終端設備；其中，該閘道器之安全管控模組動態新增並刪除該防火牆規則以傳送經加密之該管控訊息。
前述使用IPv6的物聯網系統，進一步包括告警系統，其中，當該終端設備異常時，該閘道器發送之異常設備資訊至該告警系統，並由該告警系統發送告警訊息。
前述使用IPv6的物聯網系統，該封包含有URI為./well-known的約束應用協議請求(CoAP request)。
前述使用IPv6的物聯網系統，其中，該防火牆規則允許利用經加密之該管控訊息之內層中的IPv6 header之來源IPv6位址主動連線。
前述使用IPv6的物聯網系統，其中，該管控軟體是透過IKEv2與該閘道器溝通。
前述使用IPv6的物聯網系統，其中，該管控軟體利用IPSec tunnel mode加密以傳送經加密之該管控訊息至該閘道器。
前述使用IPv6的物聯網系統，其中，該終端設備是Bluetooth終端設備。
前述使用IPv6的物聯網系統，其中，該終端設備是 802.14.4終端設備。
前述使用IPv6的物聯網系統，其中，該終端設備具有IPv6 Host模組。
前述使用IPv6的物聯網系統，其中，該告警系統包括於該閘道器中設定判斷該終端設備是否正常所需重送之封包次數。
使用者須通過閘道器之認證以避免惡意連線，認證方法為將使用者帳號與密碼透過IPSec加密避免竊聽，待通過閘道器認證後，閘道器動態增加一筆安全存取規則，允許使用者其IPv6位址送出來之封包透過閘道器主動連線到內部終端設備，使用者在存取終端設備之訊息亦透過IPSec加密，避免被攔截竊聽。於符合國際標準組織建議之IPv6物聯網實作技術下透過IPSec安全機制達到使用者認證與訊息加密兩功能。系統除了具備安全功能外，閘道器主動偵測設備狀態，於設備異常時透過告警系統通知使用者強化系統之可靠性。
本系統係使用IPv6以達點對點溝通，所有設備皆具備獨一無二之IPv6位址，國際標準組織IETF建議物聯網採用IPv6時，終端設備應用層採用CoAP協定搭配UDP以減少封包傳遞量進而增加終端設備電池使用壽命，現有之帳號密碼傳送多採用TLS技術，TLS為加密TCP封包，無法加密本系統採用之UDP封包因此不適用於本系統。
本案發明人基於IPv6日益普及，且IPv6核心協定即具備安全功能，欲經由IPv6核心協定強化智慧家庭安全能 力，透過一種安全機制即達使用者認證與連線加密功能，因此研發本系統與方法。
11‧‧‧告警系統
12‧‧‧智能管控軟體
13‧‧‧閘道器
14‧‧‧802.15.4無線技術
15‧‧‧Bluetooth無線技術
16a、16b‧‧‧終端設備
17a、17b‧‧‧終端設備
21‧‧‧認證模組
22‧‧‧管控模組
23‧‧‧第一通訊界面
24‧‧‧監控模組
25‧‧‧管理者認證模組
26‧‧‧安全管控模組
27‧‧‧IPv6路由器模組
28‧‧‧第二通訊界面
29‧‧‧第三通訊界面
30‧‧‧802.15.4 IPv6 Host模組
31‧‧‧Bluetooth IPv6 Host模組
S301-S305‧‧‧步驟
S401-S407‧‧‧步驟
請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效，附圖如下：第1圖為本發明之網路環境架構圖。
第2圖為本發明之功能架構方塊圖。
第3圖為本發明之認證與訊息傳遞流程。
第4圖為本發明之閘道器監控流程圖。
以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。
第1圖為本發明之網路環境架構圖，第2圖為系統中設備之功能架構方塊圖。本發明之使用IPv6的物聯網系統係包括告警系統11、智能管控軟體12、閘道器13與多個終端設備16a、16b、17a、17b，智能管控軟體12能安裝於管理者之行動裝置或電腦，告警系統11、智能管控軟體12與閘道器13皆具備連接網際網路能力，閘道器13透過第一通訊界面23與網際網路連接。
告警系統11接收閘道器13傳送之告警訊息，而後將訊息透過電子郵件或簡訊通知管理者，管理者須先自行設定要透過電子郵件或簡訊收到告警訊息。
智能管控軟體12可安裝於管理者操作之行動裝置或電腦中，管理者透過軟體中之認證模組取得閘道器13認證 後方可連線至後端終端設備16a、16b、17a、17b，所有管控訊息將透過管控模組22傳送。
閘道器13提供安全網路連線與環境監測兩大功能，安全網路連線部分待管理者通過認證後才會轉送其傳送之IPv6封包到家中終端設備，環境監測則是根據管理者設定監測週期，主動確認終端設備狀態，當判斷終端設備異常時，閘道器13發送告警訊息至告警系統11，由告警系統11發送訊息通知管理者。
終端設備16a、16b、17a、17b具IPv6終端設備功能，終端設備16a、16b、17a、17b上之感測器控管經由CoAP協定來提供服務。
當管理者欲控管終端設備時，需先透過認證模組21經由IPSec tunnel mode通過閘道器之管理者認證模組25認證，管理者認證模組25確認管理者身分無誤後，通知安全管控模組26，由安全管控模組26新增一筆允許之防火牆規則，而後管理者即能透過管控模組22傳送控制終端設備訊息，控制訊息亦採用IPSec tunnel mode加密；閘道器13中IPv6路由器模組27解密IPSec封包後，根據解密後之目的地IPv6位址轉發封包。閘道器與智能管控軟體採用IPSec解決使用者認證與連線訊息加密兩功能。透過tunnel mode加密，可將終端設備之IPv6位址隱藏於加密訊息中，避免終端設備之IPv6位址暴露於網路中，可達降低攻擊風險。
本發明控管之終端設備支援技術有兩種，第一種為經 由第二通訊界面28透過802.15.4技術14連接之802.15.4終端設備16a、16b，第二種為經由第三通訊界面29透過Bluetooth無線技術15連接之Bluetooth終端設備17a、17b。其中802.15.4終端設備16a,16b核心具備802.15.4 IPv6 Host模組30以具備IPv6 Host功能，Bluetooth終端設備17a、17b核心具備Bluetooth IPv6 Host模組31以具備IPv6 Host功能。
第3圖為本發明之認證與訊息傳遞流程，包含下列步驟：
S301：智能管控軟體12與閘道器13透過IKEv2溝通，產生彼此認可之金鑰。
S302：取得金鑰後，認證模組21將管理者帳號密碼包覆於TCP中，透過金鑰加密傳送給閘道器13，管理者認證模組25將確認管理者資料正確性，此過程採用IPSec tunnel mode做加密。
S303：管理者認證模組25確認管理者身分後，由安全管控模組26動態新增一筆允許之防火牆規則，允許S302封包內層IPv6 header之來源IPv6位址主動連線。
S304：管控模組22傳送訊息給終端設備，此訊息亦採用IPSec tunnel mode方式做加密，內層實際上為UDP搭配CoAP協定，以符合IPv6物聯網標準。此封包由IPv6路由器模組27解密封包，根據內層IPv6 header之目的地IPv6位址轉送至對應界面，在此過程可能會有IKEv2金鑰更換之程序發生。
S305：智能管控軟體12結束連線，安全管控模組26動態刪除相對應防火牆規則。
第4圖為本發明之閘道器監控流程圖，包含下列步驟：
S401：閘道器送出coap request封包，URI為./well-known以取得終端設備資源列表。
S402：是否收到終端設備傳送之coap response封包。
S403：收到coap response，表示終端設備之作業系統層與應用層運作皆正常。
S404：沒有收到coap response，封包可能遺漏或終端設備異常，允許複數次(如5次)重送機會，判斷是否已連續送出複數次(如5次)相同封包，其中，閘道器13是根據使用者設定之重送次數重新發送預設次數的封包並於預設時間內等待該終端設備16a、16b、17a、17b之回應。
S405：完成傳送coap request封包，根據設定等待下次傳送時間到來。
S406：已送出複數個(如5個)coap request封包，還是收不到coap response訊息，因此判斷終端設備異常，將異常設備資訊傳送至告警系統，告警系統將發送訊息通知管理者。
S407：判斷是否已到需偵測終端設備之時間。
本發明著重在提供一可靠IPv6物聯網系統及方法，透過IPSec加密解決使用者認證與管控訊息加密避免被竊聽兩項功能，且將終端設備IPv6位址隱藏於加密資料中，避免曝光於網際網路中，降低非法存取之可能性；主動偵測 終端設備狀態並回報異常情況發生則可強化服務穩定性。
本發明之特點在於閘道器透過使用IPSec加密技術解決使用者認證與管控訊息加密避免被竊聽兩項功能，且將終端設備IPv6位址加密，避免曝光於網際網路中，降低非法存取之可能性；此物聯網環境具備標準IPv6技術，搭配本發明之安全技術，可提升終端設備之安全。
再者，閘道器主動偵測終端設備之狀態並透過簡訊或電子郵件主動回報異常之情況發生，強化服務之穩定性。
上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
11‧‧‧告警系統
12‧‧‧智能管控軟體
13‧‧‧閘道器
14‧‧‧802.15.4無線技術
15‧‧‧Bluetooth無線技術
16a、16b‧‧‧終端設備
17a、17b‧‧‧終端設備
Claims (11)
- 一種使用IPv6的物聯網系統之操作方法，其包括：令管控軟體與閘道器溝通以取得金鑰；令該管控軟體之認證模組利用該金鑰並透過IPSec加密帳號密碼，傳送該帳號密碼至該閘道器之管理者模組，以於確認該帳號密碼正確後，令該閘道器之安全管控模組動態新增防火牆規則；令該管控軟體傳送經IPSec加密的管控訊息至該閘道器，其中，該閘道器之IPv6路由器解密經加密之該管控訊息之外層，以根據經加密之該管控訊息之內層中的IPv6 header之目的地位址，將經加密之該管控訊息轉送至對應之終端設備；以及於經加密之該管控訊息轉送至對應之終端設備後，令該閘道器之該安全管控模組刪除該防火牆規則。
- 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，進一步包括令該閘道器監控該終端設備，其包括：該閘道器送出封包至該終端設備以取得該終端設備之資訊列表；若該閘道器收到該終端設備之回應，確認該終端設備運作正常；若該閘道器未收到該終端設備之回應，該閘道器重新發送預設次數的封包並於預設時間內等待該終端設備之回應；以及若該閘道器重新發送該預設次數的封包後，仍未 收到該終端設備之回應，該閘道器發送異常設備資訊至告警系統以令該告警系統發送告警訊息。
- 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中，該防火牆規則允許利用經加密之該管控訊息之內層中的IPv6 header之來源IPv6位址主動連線。
- 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中，令該管控軟體與該閘道器透過IKEv2溝通。
- 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中，令該管控軟體利用IPSec tunnel mode加密以傳送經加密之該管控訊息至該閘道器。
- 如申請專利範圍第2項所述之操作方法，其中，該令該閘道器監控該終端設備中包括於該閘道器中設定判斷該終端設備是否正常所需重送之封包次數。
- 一種使用IPv6的物聯網系統，其包括：閘道器，係具有管理者認證模組、安全管控模組以及IPv6路由器；管控軟體，係與該閘道器溝通以取得金鑰，該管控軟體具有認證模組，以藉由金鑰並透過IPSec加密帳號密碼，以傳送該帳號密碼至該閘道器的該管理者認證模組確認該帳號密碼是否正確；終端設備，係連接於該閘道器之該IPv6路由器以接受來自該管控軟體經由該閘道器傳送至該終端設備之透過IPSec加密之管控訊息，其中，該閘道器之該IPv6路由器解密經加密之該管控訊息之外層，以根據經加密 之該管控訊息之內層中的IPv6 header之目的地位址，將經加密之該管控訊息轉送至該終端設備；其中，該閘道器之安全管控模組於確認該帳號密碼正確後動態新增防火牆規則，且於將經加密之該管控訊息轉送至該終端設備後刪除該防火牆規則，藉以傳送經加密之該管控訊息。
- 如申請專利範圍第7項所述之使用IPv6的物聯網系統，進一步包括告警系統，其中，當該終端設備異常時，該閘道器發送異常設備資訊至該告警系統，並由該告警系統發送告警訊息。
- 如申請專利範圍第7項所述之使用IPv6的物聯網系統，其中，該終端設備是Bluetooth終端設備或802.14.4終端設備。
- 如申請專利範圍第7項所述之使用IPv6的物聯網系統，其中，該終端設備具有IPv6 Host模組。
- 如申請專利範圍第8項所述之使用IPv6的物聯網系統，其中，該告警系統包括於該閘道器中設定判斷該終端設備是否正常所需重送之封包次數。
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