zigbeeAES加密實驗

1、4.8對網(wǎng)絡傳輸內(nèi)容用AES加密AES（TheAdvancedEncryptionStandard）是美國國家標準與技術研究所用于加密電子數(shù)據(jù)的規(guī)范。它被預期能成為人們公認的加密包括金融、電信和政府數(shù)字信息的方法。AES是一個新的可以用于保護電子數(shù)據(jù)的加密算法。明確地說，AES是一個迭代的、對稱密鑰分組的密碼，它可以使用128、192和256位密鑰，并且用128位（16字節(jié)）分組加密和解密數(shù)據(jù)。與公共密鑰密碼使用密鑰對不同，對稱密鑰密碼使用相同的密鑰加密和解密數(shù)據(jù)。通過分組密碼返回的加密數(shù)據(jù)的位數(shù)與輸入數(shù)據(jù)相同。迭代加密使用一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，在該循環(huán)中重復置換（permutations）和替換（s

2、ubstitutions）輸入數(shù)據(jù)。Z-stack對Zigbee2007提供了全面的支持，功能之強大，性能穩(wěn)定、安全性高。CC2530硬件支持128bit的AES加密算法，在協(xié)議棧中為了避開相同設備的干擾，和防止被其他設備監(jiān)聽，就必須采用這個技術將數(shù)據(jù)加密來提高數(shù)據(jù)的安全性。實驗目的與器材1）實驗目的本實驗將利用Z-Stack2007協(xié)議棧構(gòu)建一個簡單的無線傳感網(wǎng)絡，對網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用AES進行加密，并且通過抓包軟件對加密之前和之后的數(shù)據(jù)進行分析對比。2）實驗器材3個CC2530開發(fā)模塊（1個終端節(jié)點，1個協(xié)調(diào)器，1個抓包節(jié)點）；實驗原理與步驟本實驗以SensorDemo為實例程序，說明如何

3、對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行AES加密。1）實驗原理AES是一個迭代的、對稱密鑰分組的密碼，它可以使用128、192和256位密鑰，并且用128位（16字節(jié)）分組加密和解密數(shù)據(jù)。Z-STACK中采用的是128bit的加密方式，并且在協(xié)議棧中實現(xiàn)了AES加密算法。因此，如果需要對數(shù)據(jù)進行加密，僅需要在協(xié)議棧的配置文件中提供一個密鑰，并且使能AES加密即可。通過觀察發(fā)現(xiàn)，加密后數(shù)據(jù)的長度和原始數(shù)據(jù)的長度是相關的。例如，當原始數(shù)據(jù)長度為115字節(jié)時，加密后的數(shù)據(jù)所對應的長度相同；當原始數(shù)據(jù)長度為1631字節(jié)時，加密后的數(shù)據(jù)所對應的長度相同，以此類推。2）實驗步驟創(chuàng)建密鑰Z-STACK協(xié)議棧在配置文件f8wCon

4、fig.cfg定義了密鑰：/*Defaultsecuritykey.*/-DDEFAULT_KEY=0 x01,0 x03,0 x05,0 x07,0 x09,0 x0B,0 x0D,0 x0F,0 x00,0 x02,0 x04,0 x06,0 x08,0 x0A,0 x0C,0 x0D所以用戶只需要修改-DDEFAULT_KEY的值就可以定義自己使用的密鑰。將ZGlobals.c中的uint8zgPreConfigKeys=FLASE;修改為TRUE;如果這個值為真，那么默認的密鑰必須在每個節(jié)點程序的配置文件中配置。如果這個值為假，那么默認的密鑰只需配置到協(xié)調(diào)器設備當中，并且通過協(xié)調(diào)器節(jié)點

5、發(fā)送給其他的節(jié)點。/Iftrue,preConfigKeyshouldbeconfiguredonalldevicesonthenetwork/Iffalse,itisconfiguredonlyonthecoordinatorandsenttoother/devicesuponjoining.uint8zgPreConfigKeys=TRUE;將f8wConfig.cfg文件中設置為-DSECURE=1使能AES加密/*Setto0fornosecurity,otherwisenon-0*/-DSECURE=1最后，到這里整個加密過程結(jié)束，值得注意的是，如果使用了加密算法后，網(wǎng)絡中所有的設備

6、都需要開啟這個算法，而且各個設備中的KEY必須相同。否則后果是很嚴重的，這會導致你的網(wǎng)絡不能正常通訊，因為沒有加密的數(shù)據(jù)或者相同KEY加密，這些數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是不認識的，根本就不會傳到網(wǎng)絡層。加密算法開啟以后，如果你需要修改代碼，就必須改變你的KEY,或者是擦除一次你的flash，否則會出現(xiàn)不可逾期的錯誤，而且沒有規(guī)律。通常的做法是擦除flash次，這樣可以保證和整個網(wǎng)絡的KEY相同。4.8.3實驗結(jié)果為了能截取到經(jīng)過AES加密過的網(wǎng)絡傳輸內(nèi)容，下面需要三個節(jié)點進行實驗：一個協(xié)調(diào)器，一個終端，一個抓包。下面為網(wǎng)絡抓包后的結(jié)果，網(wǎng)絡傳輸內(nèi)容為Y”，其十六進制表示為“59”。由于加密過程僅作用在各層的“

7、有效數(shù)據(jù)段”中，所以只注重每層的數(shù)據(jù)段。1）終端，協(xié)調(diào)器都沒加密終端，協(xié)調(diào)器都沒加密時，mac層數(shù)據(jù)如圖4-8-1所示圖4-8-1終端，協(xié)調(diào)器都沒有加密時，mac層抓包的數(shù)據(jù)終端，協(xié)調(diào)器都沒加密時，網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)如圖4-8-2所示終端，協(xié)調(diào)器都沒加密時，應用層數(shù)據(jù)如圖4-8-3所示APSFianirecontiolfieldTypeDel.墊詞亡Ack.fmcSecExt,hdrDataGroup00IDAPSiouA：.p怎OkOFQSAPSS16224426MAC層數(shù)據(jù)PSyucwK*1numbeiAddrcs-s$oorcTTAdtlie&d0X62QX0325oxrrFFoxoooolll

8、Ft-jin4-fwklTypePadAck.PAN_eo*pKMT*0001圖4-8-4終端，協(xié)調(diào)器都加密時，mac層抓包的數(shù)據(jù)終端，協(xié)調(diào)器都加密時，網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)如圖4-8-5所示IMKFini4controlfiltd1IWKEkiatu1IlWKSi.IBiodcietBioftdtdfililWKpaylddTypeVersionDRHF3鶴匚SRBIEEESIEEEAcklie4$AddressHI幗ZB4ADODOCO1165010D4E1200DGDATA010QQ|QJCFFFFOKOOQO1瞬匹QW3631rz25AC劇盟舅99D7341C155E圖4-8-5終端，協(xié)調(diào)器都加密

9、時，網(wǎng)絡層抓包的數(shù)據(jù)終端，協(xié)調(diào)器都加密時，應用層數(shù)據(jù)如圖4-8-6所示APSFr-mm富erUrMfiklAPDeHrApsAPSAPSSns.H叱miint.*rAPSP町恤片1LQ|FTyp亡D便LgB3芒JltJe.S吉堂EmLutidxEiidp0iirtChi$teii時PtMiedel1OD0B丄200OG宜丄F225ACD&taBioadcast0100 x4A0 x0000j0 x1100I0 x31101A2E9E6卿D7彌1C15SE25S.0E圖4-8-6終端，協(xié)調(diào)器都加密時，應用層抓包的數(shù)據(jù)3)MAC層有效數(shù)據(jù)分析如圖4-8-7所示。圖4-8-7MAC層有效數(shù)據(jù)分析4)

10、網(wǎng)絡層有效數(shù)據(jù)段分析如圖4-8-8所示。圖4-8-8網(wǎng)絡層有效數(shù)據(jù)段分析5）應用層有效數(shù)據(jù)段分析如圖4-8-9所示。圖4-8-9應用層有效數(shù)據(jù)段分析通過分析以上的報文可以得出如下的結(jié)論：在進行加密之后，應用層的負載變?yōu)榱思用芎蟮母袷?，如上圖所示。之后，加上網(wǎng)絡層的幀頭和相應的控制字段。交付給MAC層，MAC層再加上自己的幀頭和控制字段將該數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。因此，如果通信雙方的密鑰不同或者某方未使能加密，則無法進行通信，終端節(jié)點根本就無法與協(xié)調(diào)器建立連接，從而，達到了數(shù)據(jù)保護的目的。經(jīng)過測試，還發(fā)現(xiàn)了關于AES配置的如下規(guī)律：若通信雙方的任意一方未使能-DSECURE=1，則無法終端節(jié)點無法加入?yún)f(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡。若zgPreConfigKey=FALSE,無論雙方設定的密鑰（即DEFAULTKEY）是否相同，都可以進行通信，因為當zgPreConfigKey=FALSE時，整個加密的配置都將由協(xié)調(diào)器節(jié)點控制，并且由協(xié)調(diào)器發(fā)送給其他的終端節(jié)點或路由節(jié)點。若zgPreConfigKey=TRUE，如果雙方設定的密鑰不同，則無法進行通信。問題1：當設置zgPreConfigKey=FALSE時，理論上密鑰由協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送給每個終端節(jié)點，你