LGWL-BIS01型感知層信息安全實驗箱

一、產(chǎn)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(guān)的理論課程，使學(xué)生了解和掌握物聯(lián)網(wǎng)，主要是感知層的信息安全對應(yīng)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(fā)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(lián)網(wǎng)傳感層ZigBee設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)關(guān)設(shè)備、應(yīng)用層PC端應(yīng)用系統(tǒng)中，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕惶貏e在感知層RFID設(shè)備中增加了雙向身份認(rèn)證機(jī)制，防止設(shè)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(qū)、網(wǎng)絡(luò)傳感區(qū)、網(wǎng)關(guān)匯聚區(qū)、應(yīng)用科研區(qū)。其中，射頻通訊區(qū)主要針對RFID的身份安全認(rèn)證，基于2.4GHZ射頻通信實現(xiàn)單向，雙向信息安全認(rèn)證，配有防跟蹤，防重放，防假冒等安全策略，讓學(xué)習(xí)者了解信息安全認(rèn)證在各個領(lǐng)域的具體應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)傳感區(qū)針對ZigBee自組網(wǎng)，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(xué)習(xí)者了解加密算法在傳感網(wǎng)中的應(yīng)用；網(wǎng)關(guān)匯聚區(qū)主要針對Cortex-A9智能網(wǎng)關(guān)，實時接收ZigBee上報信息，內(nèi)嵌五種加密算法，可自由配置，信息加解密后與應(yīng)用科研區(qū)進(jìn)行交互；PC端安裝應(yīng)用科研系統(tǒng)，配合捕獲器和以太網(wǎng)通信協(xié)議展示傳感層節(jié)點入網(wǎng)的身份認(rèn)證流程、加密傳輸?shù)念愋汀⒕W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、TCP/IP數(shù)據(jù)加密傳輸以及應(yīng)用場景環(huán)境參數(shù)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(biāo)簽：支持單、雙向身份認(rèn)證的安全認(rèn)證協(xié)議，能夠達(dá)到防跟蹤、防重放、防碰撞的目的。
2.身份認(rèn)證過程可視化：為方便教學(xué)實驗與科研，將閱讀器和標(biāo)簽均接入上位機(jī)，由上位機(jī)控制終端操作認(rèn)證協(xié)議的執(zhí)行過程，完成整個協(xié)議的執(zhí)行。
3.感知層包含ZigBee終端設(shè)備：可以配置為加密數(shù)據(jù)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(shè)備類型。
5.數(shù)據(jù)處理與加解密網(wǎng)關(guān)：支持感知層采樣數(shù)據(jù)的解析顯示、控制命令的下發(fā)；支持五種輕量級加密算法，可任選，并采用TCP通信協(xié)議與PC端應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
6.物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)管理平臺的科研與開發(fā)：
(1)以流程條方式展示傳感層節(jié)點入網(wǎng)的認(rèn)證步驟；
(2)可動態(tài)顯示數(shù)據(jù)明文和密文；
(3)支持傳輸協(xié)議融入五種加密算法；
(4)能自動識別所有連接的ZigBee節(jié)點；實時顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；實時滾動顯示ZigBee MAC/NWK/APS數(shù)據(jù)幀詳細(xì)的數(shù)據(jù)；
(5)Log窗口顯示：當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)中時，在Log窗口中會打印出節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的Log信息，包括節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址和IEEE地址；
(6)柱狀圖方式查看加密算法的計算量、復(fù)雜度，可檢測安全算法的性能；
(7)檢測協(xié)議中安全算法的性能：密文隨機(jī)性檢測、跟隨性檢測、明密文獨(dú)立性檢測、明文雪崩檢測等；
7.基于場景的項目式應(yīng)用開發(fā)：可以運(yùn)用平臺上的傳感器、控制器組成不同的應(yīng)用場景，如環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

三、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
產(chǎn)品組成如圖所示：

1、ZigBee加密傳輸部分
包含2組ZigBee自組網(wǎng)絡(luò)。ZigBee傳感器節(jié)點與協(xié)調(diào)器之間可配置為加密數(shù)據(jù)傳輸，加密類型支持ZUC、snow3G、Lblock、kasumi、AES五種輕量級加密算法。ZigBee協(xié)調(diào)器支持白名單入網(wǎng)保障機(jī)制，根據(jù)申請入網(wǎng)設(shè)備的MAC地址識別并判斷該節(jié)點是否合法，從而做出允許或拒絕入網(wǎng)的動作。Android網(wǎng)關(guān)采用TCP協(xié)議與PC服務(wù)器通信，實時接收ZigBee協(xié)調(diào)器解密后的傳感層數(shù)據(jù)，內(nèi)嵌五種加密類型，支持靈活配置，將傳感層數(shù)據(jù)經(jīng)過解析、重組，加密傳輸至PC端服務(wù)器信息平臺。服務(wù)器軟件平臺通過捕獲器捕獲傳感網(wǎng)幀，以流程條方式動態(tài)展示傳感層認(rèn)證步驟，顯示繪制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，MAC/NWK/APS數(shù)據(jù)幀詳細(xì)數(shù)據(jù)，支持五種輕量級算法的加解密，分析數(shù)據(jù)幀的加密類型，統(tǒng)計加密算法的效率、列表顯示設(shè)備狀態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制傳感器設(shè)備等。技術(shù)架構(gòu)如圖所示：

2、RFID安全認(rèn)證部分
RFID數(shù)據(jù)安全部分由4個RF TAG標(biāo)簽，1個RF 讀寫器，1個監(jiān)聽器組成，一組用于正常通信，一組用于數(shù)據(jù)監(jiān)聽或者數(shù)據(jù)模擬；要求RFID閱讀器與標(biāo)簽之間能夠通過隨機(jī)數(shù)，哈希算法對標(biāo)簽ID進(jìn)行身份認(rèn)證，確保標(biāo)簽身份合法性，同時能夠在上位機(jī)界面上展現(xiàn)身份認(rèn)證的詳細(xì)過程，具體認(rèn)證種類有單向認(rèn)證，雙向認(rèn)證，防跟蹤，防重放，防假冒等，讓學(xué)習(xí)者了解信息安全認(rèn)證的原理，過程及其重要性。
3、硬件技術(shù)參數(shù)
（1）箱體結(jié)構(gòu)：長寬高≥（50cm*32cm*10cm）。傳感層包含2組無線傳感網(wǎng)套件、RFID身份認(rèn)證套件及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。
（2)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)≥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(shè)接口包括：以太網(wǎng)、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(nèi)存64KB，F(xiàn)LASH為512KB；射頻芯片：CC2530，支持IEEE 802.15.4，運(yùn)行主頻32MHz，工作頻率：2.4GHz，加載Z-STACK2007協(xié)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(xié)調(diào)器功能板；可插接傳感器板。
（4)傳感器≥2組，每組標(biāo)配≥3種傳感器；
a.溫濕度傳感器：型號 SHT1X，兩線制數(shù)字接口（SCL、SDA），直接與Cortex-M3微控制器I/O相連，響應(yīng)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(diào)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(lán)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(fēng)扇，管腳與Cortex-M3微控制器I/O相連；
e.可燃?xì)怏w模塊：主要監(jiān)測可燃?xì)怏w的濃度，與Cortex-M3微控制器I/O相連；
（5）RFID安全認(rèn)證終端：標(biāo)配6個終端設(shè)備，通過上位機(jī)應(yīng)用軟件的設(shè)置切換不同的角色，如閱讀器端、標(biāo)簽端、竊聽端。
（6）硬件參數(shù)為：
主控芯片：CORTEX-M3內(nèi)核，主頻72MHZ，內(nèi)存64KB，F(xiàn)LASH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(zhuǎn)串口，波特率默認(rèn)9600bps，用戶可設(shè)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(shù)量	備注
1	Cortex-A9網(wǎng)關(guān)	1	含7寸電容觸摸顯示屏
2	網(wǎng)關(guān)I/O基礎(chǔ)功能模塊	1
3	ZigBee捕獲器	1
4	ZigBee協(xié)調(diào)器	2
5	ZigBee安全傳輸模塊	6
6	嵌入式核心模塊	6	Zigbee加密節(jié)點的處理器模塊
7	嵌入式接口底板	6	Zigbee加密節(jié)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(rèn)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(yīng)用程序	1
16	網(wǎng)關(guān)客戶端網(wǎng)絡(luò)安全傳輸軟件	1
17	物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)科研平臺軟件	1
18	RFID雙向身份認(rèn)證應(yīng)用程序	1
19	RFID安全認(rèn)證上位機(jī)應(yīng)用軟件	1
20	5VDC3A電源適配器	1
21	交叉串口線	1
22	網(wǎng)線	1
23	方口USB線	1
24	Micro USB彎頭數(shù)據(jù)線	3
25	Micro USB直頭數(shù)據(jù)線	1
26	TF卡	1
27	TF卡讀寫器	1
28	CC2530 Debugger調(diào)試器	1
29	J-link仿真器	1
30	串口下載調(diào)試板	1

五、實驗項目

1、RFID安全認(rèn)證應(yīng)用開發(fā)

類別	實驗名稱
RFID系統(tǒng)攻防實驗原理實驗	實驗1 RFID技術(shù)概述實驗2 RFID認(rèn)證實驗3 RFID認(rèn)證協(xié)議攻防策略實驗4 協(xié)議采用的策略
RFID系統(tǒng)攻防實驗	實驗5 單向安全認(rèn)證實驗6 單向認(rèn)證防跟蹤實驗7 單向認(rèn)證重放實驗8 單向認(rèn)證防標(biāo)簽假冒實驗9 雙向安全認(rèn)證實驗10 雙向認(rèn)證防跟蹤實驗11 雙向認(rèn)證防重放實驗實驗12 雙向認(rèn)證防DOS實驗實驗13 多標(biāo)簽防碰撞實驗

2、ZigBee安全加密傳輸應(yīng)用開發(fā)

類別

實驗名稱

ZigBee安全加密傳輸實驗

實驗一、ZigBee傳感網(wǎng)簡介

實驗二、實驗前的準(zhǔn)備

實驗三、ZigBee無加密傳輸實驗

實驗四、ZigBee應(yīng)用層數(shù)據(jù)加密實驗

實驗五、ZigBee網(wǎng)絡(luò)白名單增刪實驗

實驗六、ZigBee節(jié)點入網(wǎng)認(rèn)證與幀統(tǒng)計實驗

實驗七、網(wǎng)關(guān)與PC上位機(jī)雙向加密通訊實驗

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