LGWL-BIS01型感知層信息安全實驗箱

一、產品簡介
LGWL-BIS01型 感知層信息安全實驗箱是輔助信息安全相關的理論課程，使學生了解和掌握物聯網，主要是感知層的信息安全對應的攻擊和安全措施。也可作為信息安全研究方向的科研開發平臺。
LGWL-BIS01型 感知層信息安全實驗箱將多種輕量級安全加密算法融入到物聯網傳感層ZigBee設備、網絡層網關設備、應用層PC端應用系統中，保證了數據傳輸的安全性；特別在感知層RFID設備中增加了雙向身份認證機制，防止設備受到攻擊。

LGWL-BIS01型 感知層信息安全實驗箱包括射頻通信區、網絡傳感區、網關匯聚區、應用科研區。其中，射頻通訊區主要針對RFID的身份安全認證，基于2.4GHZ射頻通信實現單向，雙向信息安全認證，配有防跟蹤，防重放，防假冒等安全策略，讓學習者了解信息安全認證在各個領域的具體應用；網絡傳感區針對ZigBee自組網，支持五種輕量級加解密算法和黑白名單防入侵的安全策略，讓學習者了解加密算法在傳感網中的應用；網關匯聚區主要針對Cortex-A9智能網關，實時接收ZigBee上報信息，內嵌五種加密算法，可自由配置，信息加解密后與應用科研區進行交互；PC端安裝應用科研系統，配合捕獲器和以太網通信協議展示傳感層節點入網的身份認證流程、加密傳輸的類型、網絡拓撲結構、TCP/IP數據加密傳輸以及應用場景環境參數的檢測、處理、傳輸與控制。
二、功能特點
1.感知層包含RFID終端閱讀器和RFID標簽：支持單、雙向身份認證的安全認證協議，能夠達到防跟蹤、防重放、防碰撞的目的。
2.身份認證過程可視化：為方便教學實驗與科研，將閱讀器和標簽均接入上位機，由上位機控制終端操作認證協議的執行過程，完成整個協議的執行。
3.感知層包含ZigBee終端設備：可以配置為加密數據傳輸，支持ZUC、Snow 3G、Lblock、Kasumi、AES五種加密算法。支持黑白名單防攻擊。
4.加密算法類型可展示：自帶OLED屏幕，顯示加密類型、設備類型。
5.數據處理與加解密網關：支持感知層采樣數據的解析顯示、控制命令的下發；支持五種輕量級加密算法，可任選，并采用TCP通信協議與PC端應用程序進行數據交互。
6.物聯網安全架構管理平臺的科研與開發：
(1)以流程條方式展示傳感層節點入網的認證步驟；
(2)可動態顯示數據明文和密文；
(3)支持傳輸協議融入五種加密算法；
(4)能自動識別所有連接的ZigBee節點；實時顯示網絡拓撲結構；實時滾動顯示ZigBee MAC/NWK/APS數據幀詳細的數據；
(5)Log窗口顯示：當前網絡中有節點加入到網絡中時，在Log窗口中會打印出節點加入網絡的Log信息，包括節點的網絡地址和IEEE地址；
(6)柱狀圖方式查看加密算法的計算量、復雜度，可檢測安全算法的性能；
(7)檢測協議中安全算法的性能：密文隨機性檢測、跟隨性檢測、明密文獨立性檢測、明文雪崩檢測等；
7.基于場景的項目式應用開發：可以運用平臺上的傳感器、控制器組成不同的應用場景，如環境監控系統。

三、產品結構
產品組成如圖所示：

1、ZigBee加密傳輸部分
包含2組ZigBee自組網絡。ZigBee傳感器節點與協調器之間可配置為加密數據傳輸，加密類型支持ZUC、snow3G、Lblock、kasumi、AES五種輕量級加密算法。ZigBee協調器支持白名單入網保障機制，根據申請入網設備的MAC地址識別并判斷該節點是否合法，從而做出允許或拒絕入網的動作。Android網關采用TCP協議與PC服務器通信，實時接收ZigBee協調器解密后的傳感層數據，內嵌五種加密類型，支持靈活配置，將傳感層數據經過解析、重組，加密傳輸至PC端服務器信息平臺。服務器軟件平臺通過捕獲器捕獲傳感網幀，以流程條方式動態展示傳感層認證步驟，顯示繪制網絡拓撲結構，MAC/NWK/APS數據幀詳細數據，支持五種輕量級算法的加解密，分析數據幀的加密類型，統計加密算法的效率、列表顯示設備狀態、遠程監測與控制傳感器設備等。技術架構如圖所示：

2、RFID安全認證部分
RFID數據安全部分由4個RF TAG標簽，1個RF 讀寫器，1個監聽器組成，一組用于正常通信，一組用于數據監聽或者數據模擬；要求RFID閱讀器與標簽之間能夠通過隨機數，哈希算法對標簽ID進行身份認證，確保標簽身份合法性，同時能夠在上位機界面上展現身份認證的詳細過程，具體認證種類有單向認證，雙向認證，防跟蹤，防重放，防假冒等，讓學習者了解信息安全認證的原理，過程及其重要性。
3、硬件技術參數
（1）箱體結構：長寬高≥（50cm*32cm*10cm）。傳感層包含2組無線傳感網套件、RFID身份認證套件及物聯網網關。
（2)物聯網網關≥1個：主芯片：采用S5P4418 Cortex-A9高性能處理器，可插接通訊模塊：ZigBee 2.4GHz，WIFI/BLuetooth二合一模塊、GPS定位模塊、4G移動通信模塊等。外設接口包括：以太網、串口、485、CAN、USB、USB otg、攝像頭、TF卡槽、模擬攝像頭TV、HDMI、按鍵等。
（3)ZigBee通訊模塊≥6個：主控芯片：Cortex-M3微控制器，主頻72MHZ，內存64KB，FLASH為512KB；射頻芯片：CC2530，支持IEEE 802.15.4，運行主頻32MHz，工作頻率：2.4GHz，加載Z-STACK2007協議棧，PCB板載天線，1個主控芯片固件升級JTAG口，通信模塊的固件升級需借助協調器功能板；可插接傳感器板。
（4)傳感器≥2組，每組標配≥3種傳感器；
a.溫濕度傳感器：型號 SHT1X，兩線制數字接口（SCL、SDA），直接與Cortex-M3微控制器I/O相連，響應速度快，濕度測量范圍：0~100%RH，溫度測量范圍：-40~123.8℃，濕度測量精度：±4.5%RH，溫度測量精度：±0.5℃；
b.光線傳感器：光敏電阻LXD5516，傳感器板由LM393、光敏電阻與可調電阻組成。模擬型電壓輸出，有光時輸出高電平電壓，無光時，輸出低電平電壓，輸出接口直接與Cortex-M3微控制器AD通道相連；
c.LED-BEEP聲光報警器：2個LED燈（紅燈、藍燈）,1個BEEP蜂鳴器，用于聲、光報警；控制I/O直接與Cortex-M3微控制器I/O相連；
d.繼電器模塊：可控制LED燈、5V風扇，管腳與Cortex-M3微控制器I/O相連；
e.可燃氣體模塊：主要監測可燃氣體的濃度，與Cortex-M3微控制器I/O相連；
（5）RFID安全認證終端：標配6個終端設備，通過上位機應用軟件的設置切換不同的角色，如閱讀器端、標簽端、竊聽端。
（6）硬件參數為：
主控芯片：CORTEX-M3內核，主頻72MHZ，內存64KB，FLASH為512KB；
射頻模塊：RF24LE1E
天線：板載天線
輸出功率：23dBm
靈敏度：-129dBm
顯示部分：彩色顯示屏，黑底紅字；
通信接口：USB轉串口，波特率默認9600bps，用戶可設定；
供電電源：DC 5V
下載方式：JTAG口
工作溫度：-40℃~+85℃；

四、配置清單

序號	名稱	數量	備注
1	Cortex-A9網關	1	含7寸電容觸摸顯示屏
2	網關I/O基礎功能模塊	1
3	ZigBee捕獲器	1
4	ZigBee協調器	2
5	ZigBee安全傳輸模塊	6
6	嵌入式核心模塊	6	Zigbee加密節點的處理器模塊
7	嵌入式接口底板	6	Zigbee加密節點的底板
8	繼電器控制器模塊	1
9	煙霧傳感器模塊	1
10	溫濕度傳感器模塊	2
11	光敏傳感器模塊	1
12	LED蜂鳴器控制模塊	1
13	RFID安全認證終端	6	含屏幕
14	傳感器采集控制程序	1
15	ZigBee加密安全傳輸應用程序	1
16	網關客戶端網絡安全傳輸軟件	1
17	物聯網安全架構科研平臺軟件	1
18	RFID雙向身份認證應用程序	1
19	RFID安全認證上位機應用軟件	1
20	5VDC3A電源適配器	1
21	交叉串口線	1
22	網線	1
23	方口USB線	1
24	Micro USB彎頭數據線	3
25	Micro USB直頭數據線	1
26	TF卡	1
27	TF卡讀寫器	1
28	CC2530 Debugger調試器	1
29	J-link仿真器	1
30	串口下載調試板	1

五、實驗項目

1、RFID安全認證應用開發

類別

實驗名稱

RFID系統攻防實驗原理實驗

實驗1 RFID技術概述

實驗2 RFID認證

實驗3 RFID認證協議攻防策略

實驗4 協議采用的策略

RFID系統攻防實驗

實驗5 單向安全認證

實驗6 單向認證防跟蹤

實驗7 單向認證重放

實驗8 單向認證防標簽假冒

實驗9 雙向安全認證

實驗10 雙向認證防跟蹤

實驗11 雙向認證防重放實驗

實驗12 雙向認證防DOS實驗

實驗13 多標簽防碰撞實驗

2、ZigBee安全加密傳輸應用開發

類別

實驗名稱

ZigBee安全加密傳輸實驗

實驗一、ZigBee傳感網簡介

實驗二、實驗前的準備

實驗三、ZigBee無加密傳輸實驗

實驗四、ZigBee應用層數據加密實驗

實驗五、ZigBee網絡白名單增刪實驗

實驗六、ZigBee節點入網認證與幀統計實驗

實驗七、網關與PC上位機雙向加密通訊實驗

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