面向无线智能锁应用的安全控制机制研究

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1、面向无线智能锁应用的安全控制机制研究ResearchonSecurityAuthenticationMechanismofIntelligentLock工程领域：电子与通信工程作者姓名：解冰珊指导教师：金志刚教授企业导师：王鹏高级工程师天津大学国际工程师学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材

2、料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要随着人们对接入

3、控制系统安全性的要求提高，场景更加复杂，无线智能锁应用日益广泛。本文针对物联网中两种低能耗、不便连接的应用场景：无线门禁和公共自行车智能锁设计了两种安全机制，融合了近场通信技术和指纹识别，实现方便、快捷、安全的接入控制。本文首先分析NFC近场通信技术的协议栈，找出其采用明文传输可能被特殊设备窃听的风险。然后对无线智能锁的通信过程建立了通用场景模型，分析了潜在的威胁和本文对策。然后针对无线门禁和公共自行车各自的特点和需求，对于门禁系统设计了一种采用传统密码学算法的安全控制机制，并使用CPN建模分析了其

4、对非法接入攻击和窃听攻击的抵抗性。对于公共自行车智能锁设计了一种超轻量级的安全机制，CPN建模分析其对非法接入攻击和异步攻击的安全性。两种机制都实现了一次一密的设计，在保证了安全性的基础上，通过NFC进行信息交互和指纹识别保证身份，保证了使用的方便快捷。对于二者NFC交互过程的原型实现表明本文设计的机制运行足够稳健，有着良好的前景。本文提出的机制能够抵抗重放攻击和窃听攻击，保证信道隔离。关键词：NFC，安全机制，低功耗，着色Petri网，指纹识别，一次一密I万方数据ABSTRACTAsrequire

5、mentsforsecureaccesscontrolbecomehigher,andscenesaremorecomplicated,intelligentlocksarebecomingwidelyused.Inthispaper,twoapplicationswhicharecharacterizedbylowpowerconsumptionandinconvenientconnection:wirelessaccessandintelligentpublicbikelockarestudie

6、dandtwomechanismsoffusingNFCandfingerprintrecognitionaredesigned,realizingconvenient,fastandsecureaccesscontrol.ThispaperfirstlyanalyzestheprotocolstackofNFC,andfindsouttheriskofeavesdroppingbecauseofplaintexttransmission.Then,ageneralscenariomodelisbu

7、iltforintelligentlock,andthepotentialthreatsandthecorrespondingcountermeasuresareanalyzed.Foraccesscontrolsystem,asafetycontrolmechanismutilizestraditionalcryptographyalgorithmisdesigned,andCPNmodelinganalysisontheillegalaccessandeavesdroppingisperform

8、ed.Forshared-bikesystem,anultra-lightweightsecuritymechanismisdesigned,andthesecurityisalsoanalyzedbyCPNmodeling.Boththemechanismsachieveone-timepaddesign.Onthebasisofensuringsecurity,theuseofNFCandfingerprintidentificationensuresconven