[发明专利]一种基于帧重构的LoRaWAN双向认证方法

说明书

本发明公开了一种基于帧重构的LoRaWAN双向认证方法，属于通信网络技术领域。其包括如下步骤：终端向服务器发送连接请求；服务器向终端发送携带编码重构信息的反向连接请求；终端根据编码规则进行重构，向服务器发送携带反重构编码信息的请求帧；服务器判断请求帧是否符合重构规则；服务器发送同意连接的响应。本发明改变了LoRa终端与服务器之间单一的连接方式，服务器变被动为主动，在动态规则下通过对终端的连接请求帧进行重构，降低被窃听的可能性，进一步增加安全性能。

技术领域

本发明涉及一种基于帧重构的LoRaWAN双向认证方法，属于通信网络技术领域。

背景技术

近年来,物联网产业发展迅速,而全球构建完成的移动蜂窝通信技术并不能满足物联网节点设备远距离、低功耗、大量连接的通信特点和需要。在此背景下,适用于远距离、低功耗、低带宽、多连接的物联网连接通信技术，低功耗广域网LPWAN(Low Power WideArea Network)应运而生。LPWAN包含多种无线通信技术，其中，由Semtech公司提出的LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)技术具有低功耗、低数据传输率以及远距离通信三大特点，发展相对较快，较为成熟。目前,LoRa技术已成为低功耗广域网物联网应用的一项重要支撑技术。

LoRaWAN(Long Range Radio Wide Area Network，远距离无线电广域网)基于LoRa的上层协议，定义了整个系统的架构和运行过程。LoRaWAN支持源头认证、完整性和MAC架构重发保护，同时支持终端设备和应用服务器之间应用载荷的端对端加密。LoRaWAN还支持MAC指令加密的操作。所有这些过程都是基于高级加密标准AES9以及128位的密钥算法的。MAC的有效载荷在终端和网络之间传输时被加密，此外，终端设备和应用服务器之间的应用载荷也进行了加密。这确保了只有持有密钥并且被授权的实体才能够访问纯文本内容。MAC有效载荷原始的身份认证和完整性保护通过终端设备和网络之间的信息完整性代码可以实现。这确保了只有具有完整密钥的被授权实体才能够生成有效的帧。

但是，随着LoRaWAN的广泛应用，LoRaWAN协议中的安全漏洞也逐渐暴漏。数据传输过程是整个物联网信息传输最薄弱的环节。目前，国际通用的LoRaWAN标准协议为满足低功率的需要，在一定程度上牺牲了传输速率与安全性，特别是在带宽、数据速率和包大小等受限的情况下，数据链路特别容易受到攻击。此外，LoRaWAN使用对称密钥加密AES-128进行加密/解密和MAC操作，虽在一定程度上保护了网络中传输的数据有效负载，但仍面临数据加密安全度不高，传输链路易被监听等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于帧重构的LoRaWAN双向认证方法，该方法能够保证终端与网络服务器双方互相身份验证的机密性与完整性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于帧重构的LoRaWAN双向认证方法，应用于LoRa无线网络，所述LoRa无线网络包括一个服务器、至少一个网关以及至少一个终端，网关中设置有白名单，所述白名单用于记录当前周期成功建立连接的终端的身份信息，白名单随重构规则进行周期性更新；该方法包括如下步骤：

1)终端向服务器发送包含本节点身份信息的连接请求帧，该连接请求帧首先到达网关处，并由网关向服务器进行转发；

2)网关收到待转发的连接请求帧后，判断发送该连接请求帧的终端的身份是否在白名单中，并将判断结果与连接请求帧一并转发给服务器；

3)服务器收到网关转发的信息后，读取网关的判断结果，若终端身份在白名单中，则该终端身份合法，转到步骤6)；否则，转到步骤4)；

4)服务器向终端发送携带编码重构信息的反向连接请求帧；

5)终端收到反向连接请求帧后，根据编码规则进行重构，然后向服务器再次发送携带反重构编码信息的连接请求帧；