无线安全问题长

正如今天我们所知道的那样,互联网仍主要是一个信息高速公路。然而,即使我们说,越来越多的自治后,物理对象变得聪明。包括明显的,比如今天的智能通信设备,不那么明显的,如心脏起搏器、车辆、音频/视频和环境传感器。有显微摄像头吞下和无线数据发送给附近的监控和数据库通过人体。有各种类型的物理设备,在地区和地方如建筑、零售、交通、企业、基础设施等等,现在控制的智能电子产品。实际上,所有这是连接到互联网,大多数无线互连的一种或另一种形式。

虽然有几乎无限的安全层,可以添加的软件和操作系统,真正的技巧是嵌入安全低在硬件层面上是可行的。这种方法有助于使物联网本质上防弹的对象,和普遍可用的应用程序,而不用担心他们的安全漏洞。这样,当这些对象集成到应用程序中,安全问题变得毫无意义。这是一个艰巨的任务,但正在取得进展。,为此,有一个芯片级方法,已经存在很长时间,是理想的保护数据通过电视广播——扩频。

这个这么大的挑战芯片制造商是黑客非常善于寻找裂缝安全层。如果它被砍在芯片层面,每一个装置,利用特定的硬件变得妥协。黑客使用的工具是无处不在,甚至身体上的拆卸锁在物理内存芯片来检索数据。甚至有担心,尽管设计的最佳实践,这错误的安全漏洞和后门可以通过偷渡的编码到硬件设计师和别有用心。

尽管有无数的脆弱的感情,芯片制造商必须考虑,他们面临的两大挑战在硬件层面是如何使它hacker-proof和面向未来的。因为基于硬件的安全比软件更严格,在某些情况下,无法改变一旦实现,芯片制造商继续颤抖在想出解决方案。根据安全集成的深度(例如物理篡改检测与罗解码),可用不同的方法。

考虑到这一点,是什么芯片制造商在硬编码的安全?坦率地说,几乎所有的人意识到需要在芯片级安全。根据工业部门,他们在各种各样的地方沿着芯片安全路线图。有些公司,如射频行业,很多比别人走得更远,如嵌入式应用芯片。本文的其余部分将讨论扩频无线技术的实现以及如何安全的无线连接,

扩频无线安全的秘密武器
无线领域有帮助确保数据传输时由于扩频很长一段时间。确保射频传输通过扩频一战以来已经存在。事实上,1908年出版的书中提到的理论是由德国无线电先锋乔纳森Zenneck和原始的形式在第一次世界大战德国军队使用的。然而,也许最著名和最著名的发展是当演员海迪·拉玛和作曲家乔治Anthell发展相当复杂的(时间)的版本,1941年收到一个美国专利。然而,它没有发生,直到几十年以后,美国海军在其通信平台实现技术在古巴导弹危机。之后,美国军方醒来代码传输其非凡的能力,让他们几乎防弹。它一直依靠扩频作为射频通信的主要安全方案。事实上,它可以被称为最重要的发展,推出了数字时代的通信。

将扩频技术应用于射频传输是一个极其有效的方法保护无线语音和数据的硬件水平。这是一个非常健壮的TX / RX技术,本质上是受传输干扰(ISI),反射、噪音和其他环境因素,以及干扰。虽然声音所使用的主要军事无线电直到过去十年左右的时间,它是如何被实现在不同的消费者和商业技术。所有同类型的系统,如蓝牙、爱好无线电控制,wi - fi, WiMax无线局域网络(无线局域网),宽带无线接入(BWA),近场通讯(NFC)和射频识别(RFID)特别是防撞)都被安装了扩频硬件。

类型的扩频
扩展频谱有两种方法,直接序列(DSSS)和跳频(FHSS)。这两种技术同样在良性的环境中工作,但在边缘,即。,拥挤的频率,细胞边缘,和洛杉矶的地区很多干扰对象,FHSS更健壮和宽容。DSSS的主要优势是它提供了更好的能力。

DSSS能力是要付出代价的,尽管——环境敏感性。DSSS是受到许多环境因素的影响(最成问题的是反射)所以它不是最好的选择在密集环境下的结构。它最适合点对多点对于短途安装,或在更长的距离点对点拓扑。在这些情况下,优势→DSSS技术提供的更高的容量,因为反射,主要降解元素,可以最小化。因此,典型的DSSS应用包括室内办公无线局域网,building-to-building链接,点的存在(流行)基站的链接,等等。

FHSS技术的鲁棒性使其高度不受噪音的影响,反射,附近的射频信号和其他环境因素。FHSS可以同时支持更高数量的活动系统在同一地理区域比DSSS(共存系统)。这些指标使FHSS大面积覆盖的首选技术,大量共存的系统是必需的。一个警告是定向天线必须使用环境因素的影响降到最低。FHSS的典型应用包括移动部署固定宽带无线接入(BWA),正在以惊人的速度扩张,小细胞部署。

这项技术是如何工作的
扩频依赖握手发射机和接收机之间来回传递同步代码。这同步一个“关键”,只有发射机和接收机(s)知道。一旦关键是同步的,所有发射器和接收器,可以发送的信息。只有钥匙持有人知道调制信息的传播和de-spreading代码。其他接收器,看起来就像噪音的信息。这就是为什么扩频是一个有用的和安全技术等为任意数量的无线通信链接,为物联网自治对象和一个理想的安全锁。

在DSSS中,每个的原始信号是由多个比特传输信号。传播代码注入信号在传播的更广泛的频带(参见图1)。传播是成正比的比特数(见图2),能量信息“传播”在一个宽度。的积分值是相同的,只是分布在更大的带宽。

图1:信息与传播的调制和解调/ despreading代码。

在数学上,它可以表示为:(假设二进制相移键控(BPSK))
sd (t) = d (t) cos(2πfct)
用c (t)[值+ 1,1]∴s (t) = d (t) c (t)因为(2πfct)
一个=振幅的信号
fc =载波频率
离散函数d (t) = (1 + 1)

接收器,输入信号乘以c (t), c (t) x c (t) = 1。这是原始信号,恢复。

FHSS,技术有点不同。而不是通过一个宽带信号频率传播,FHSS把信号分为多个“碎片”和传播他们在多个频率(见图3)。如果,该信号频谱分析仪,表现为一系列随机的射频频率与一个小“插曲”出现在每一个频率。

波动是一块的信息被传播。在现实中,使用伪随机码。这不是真正随机的自接收方必须能够生成相同的代码作为发射器,所以必须有能力前同步码信息广播。然而,许多引用使用术语随机代码。由于随机波动出现在多个频率,它是不可能收集和解码原始序列的信息并理解它。再一次,这是一个非常安全的传输数据的方法。即使试图干扰信号,击出一个多一些的机会非常小。因此,重建的数据通常是非常成功的,即使干扰是未遂。

根据一组标准,分配给传输的通道。有多少通道分配取决于许多变量,但它与输入信号的带宽。发射机设置过程,开始跳频序列,并设置时间跳频的信号频率固定的间隔,一个频道。数据传输使用预定的编码方案。在接下来的时间间隔,选择一个新的载波频率,比特传输。重复这个过程,直到所有数据发送(参见图2)。

图2:FHSS通道跳跃的例子。

还有一些其他的方法可以用于加密信号如正交频分多路(OFDM),提供一定程度的安全。OFDM是一种扩频技术。而不是发送随机信息跨多个频率在许多小波速度缓慢,与每个小波包含信号的一部分,“分复用”只是将信号划分为小块然后发送它们。由于本文重点是这两种类型的党卫军,OFDM这里将不讨论。有显著差异的OFDM和扩频调制和信号技术,如果读者感兴趣,大量的数据存在的各种技术细节。IEEE探索有着丰富的关于这些主题的信息。

扩频,802.11,HetNets,物联网
在早期,IEEE扩频传输协议的签订不同版本的802.11标准。下面是一个简短的描述,应用的各种技术。意义在于,所有的标准使用扩频或OFDM。只列出了标准和扩展处理传输。

• 802.11 -原标准支持1或2 Mbps传播2.4 GHz乐队使用跳频扩频(FHSS)或直接序列扩频(DSSS)。
• 802.11 b - 802.11的扩展提供11 Mbps传输(回退到5.5,2和1 Mbps) 2.4 GHz的乐队。802.11 b只使用DSSS。
• 802.11 - 802.11的扩展提供了54 Mbps 5 GHz的乐队。使用一个OFDM 802.11而不是FHSS或DSSS编码方案。
• 802.11 g - 802.11 b的一个扩展,提供多达54 Mbps的2.4 GHz乐队。802.11 g还使用OFDM。
• 802.11 n利用OFDM和MIMO技术。

可以肯定的是,大多数自治对象,将物联网的一部分将通过无线局域网通信和使用WBA链接实现扩频无线电。,所以安全问题通常覆盖的一部分。然而,展望未来,还有另一个基础设施,将重新定义这个年,主要是基础设施的网络,物联网将使用。它是被贴上的异构网络(HetNet)。HetNets无线通信网络,包括各种各样的细胞,从皮科宏,在无缝漫游网络,所有通信协议(GSM、CDMA、wi - fi、SS、OFDM,等等)。

外的无线互连HetNets使用,安全问题比比皆是。目前,组件在很大程度上。除了测试系统,试验,一些专有网络,HetNets,自己仍在画板上。物联网逼近,自治对象,猖獗的运行在这些新网络中,将添加另一个数量级的挑战锁定这些HetNets与漏洞。物联网自治对象成为黑客和肆无忌惮的尝试我的理想媒介数据未经授权的使用,因为他们是自治的。安全行业有其工作。

接下来是什么?
根据西奥多Rappaport,纽约大学无线主任和大卫李/恩斯特韦伯纽约大学电气和计算机工程教授,明天的通信将在非常宽的毫米波波段带宽是可用的。

“毫米波将来自安全的空间——非常紧密的光束的传播在家里的办公室,“Rappaport说,他补充说:“这样的光束将很难拦截,因为它是不可能窃听的传播以外的任何点是直接在光束,或关闭的反射。空间域,将无线通信的前沿未来十年我们从未见过的和提供无与伦比的兆赫频段的无线通讯。“Rappaport继续说,“光谱在28日,38岁和72 GHz,甚至150 GHz,宽带通道可供使用先进的编码方案,将提供高吞吐量、高安全”。

这种方法似乎适合物联网,很大一部分的对象固定在小型和大型企业,以及电器之类的东西在家里,家里和公共剧场设备,办公室电脑,等等。这个列表是广阔的。移动对象(如医疗相机吞下,基于CDMA等新兴技术,这种方法提供了安全的扩频结合高吞吐量和频谱效率的正交频分复用(OFDM)将为一个多用户环境,如医院工作。奖金是这可以编码在硅,将信号处理和安全芯片级。

结论
这个新兴的物联网基础设施将会从中受益很大的安全扩展频谱。据估计高达70%的信息流动在小细胞将wi - fi和处理的数据组件。扩频技术使这些比特的数据的传输安全的电波。然而,只有一个组件。坏数据可以骑扩频频率以及合法的数据。扩频就是能够保护数据在空间。所以该行业必须不断妥协的对象。物联网自治对象,无论多么简单或复杂的,可以构成严重违约,如果不妥善保护从攻击。

最后,所有的事情都一样,互联网,否则,总有一个经济元素发挥作用了。将扩频无线电集成到运输介质如汽车、公共汽车、火车或飞机既可行又cost-negligible。做同样的和廉价的消费对象,如数控/不门窗传感器没有等价的规模经济。如今,物联网仍是一个模糊的和未定义的对象。许多人有许多不同的愿景最终会变成什么样子。然而,有一件事是清楚的。确保这个庞然大物,不管它是什么,是所有玩家的首要任务。