蓝牙无线通信安全性研究

论文摘要

蓝牙作为一种短距离低功耗无线通信技术,得到了市场的广泛认可,越来越受到人们的青睐。但是随着蓝牙技术被人们广泛的接受,其应用领域的不断扩大和深入,它自身存在的许多问题被一一暴露出来。其中的安全、共存、抗干扰和网络容量问题现在成为了蓝牙技术研究的热点。而本文主要探讨了蓝牙无线通信的安全性问题。本论文在简单介绍蓝牙技术和阐述蓝牙安全机制基础上,分析了蓝牙的安全性算法,指出了现有安全机制存在的问题。在利用现有蓝牙系统各种资源条件下,提出了几点蓝牙安全性增强技术——链路层增强技术和应用层增强技术。其次分析了蓝牙技术跳频算法,提出了通过产生更为安全的跳频序列来增强蓝牙技术安全性能——基于分组密码和流密码的两种加密机制,构造安全跳频序列族。在此基础上对产生的跳频序列从安全性、均匀性、线性复杂度和汉明相关性等各个方面进行了理论分析和计算机仿真,证明了基于这两类加密算法——SAFER+和E0算法产生的安全跳频序列族有着优秀的性能,满足跳频序列族的要求,安全跳频序列可以提高蓝牙无线通信安全性。最后,提出蓝牙三段跳频方案,通过在不同频段之间跳转,提高蓝牙技术安全性能。在实现了CSR和ST蓝牙硬件系统平台基础上,通过比较,选择适合的蓝牙平台,成功搭建了蓝牙三段跳频硬件系统——在保留2.4GHz频段基础上,增加了900MHz和5.8GHz两个射频频段,并利用蓝牙基带控制信号根据实际情况进行频段切换,使得蓝牙设备可在900MHz、2.4GHz和5.8GHz的ISM频段间自由切换。在可靠实现具体的硬件电路基础上进行了外场测试和理论分析,结果表明该方案不仅增强了蓝牙无线通信的安全性能,而且在不需要增加额外功率驱动的基础上扩大了通信的距离和系统的容量。综上所述,本论文的研究工作通过软件仿真证明了基于加密算法构造的跳频序列族可以提高蓝牙安全性,结合硬件制作实现了安全蓝牙三段跳频系统,对于提高蓝牙无线通信安全性能具有一定的借鉴意义,值得进一步去探讨和研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 无线网络安全性基本概念
• 1.3 论文内容和作者所做工作
• 第二章 蓝牙技术概况
• 2.1 蓝牙技术简介
• 2.2 蓝牙主要技术特点
• 2.3 蓝牙协议栈
• 2.4 小结
• 第三章 蓝牙安全机制分析及其改进
• 3.1 蓝牙安全机制概述
• 3.2 蓝牙E1、E2、E3 算法分析
• 3.2.1 蓝牙的鉴权算法E1 的分析
• init 生成算法E2 的分析'>3.2.2 蓝牙的初始密钥K_init 生成算法E2 的分析
• c 的生成算法E3'>3.2.3 蓝牙的加密私钥K_c的生成算法E3
• 3.3 蓝牙E0 算法的分析
• 3.3.1 蓝牙的链路层加密算法E0 的主框图
• 3.3.2 E0 加密算法的内部结构
• 3.4 蓝牙安全性机制问题
• 3.5 蓝牙安全性增强技术
• 3.5.1 蓝牙安全性链路层增强技术
• 3.5.2 蓝牙安全性应用层增强技术
• 3.6 小结
• 第四章 基于加密算法的蓝牙安全跳频
• 4.1 蓝牙跳频系统方案
• 4.2 研究背景
• 4.2.1 分组密码体制
• 4.2.2 流密码体制
• 4.3 基于SAFER+算法的跳频序列族研究
• 4.3.1 基于SAFER+算法的跳频序列族构造思想
• 4.3.2 跳频序列性能仿真分析
• 4.4 基于E0 算法的跳频序列族研究
• 4.4.1 基于E0 算法的安全跳频序列族构造思想
• 4.4.2 跳频序列族性能仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 蓝牙三段跳频方案的实现
• 5.1 蓝牙系统平台搭建
• 5.1.1 基于CSR 平台的蓝牙标准系统
• 5.1.2 基于ST 平台的蓝牙标准系统
• 5.2 蓝牙三段跳频方案的设计实现
• 5.3 蓝牙三段跳频系统性能分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果