本文導(dǎo)讀

電子門(mén)鎖是最近很流行的智能設(shè)備，它在方便我們生活的同時(shí)又帶來(lái)極大的信息安全隱患，信息一旦被惡意竊取，便會(huì)威脅整個(gè)家庭的安全。因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)安全可靠的智能門(mén)鎖成為了一個(gè)極為重要的問(wèn)題。本文以智能門(mén)鎖的應(yīng)用為例，講解如何使用切實(shí)可行的方法使其具有更高的安全性和可靠性。

一、應(yīng)用背景

與傳統(tǒng)的機(jī)械門(mén)鎖相比，智能門(mén)鎖解決了用戶忘記帶鑰匙或者不想帶鑰匙的煩惱，還可以連接網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)鎖和開(kāi)鎖記錄查詢等功能。用戶在享受智能門(mén)鎖帶來(lái)的便捷體驗(yàn)的同時(shí)，又不免會(huì)對(duì)智能門(mén)鎖的安全性提出質(zhì)疑。畢竟在信息化的時(shí)代，電子設(shè)備的安全性和保密性往往得不到很好的保證。

二、智能門(mén)鎖數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)分析

使用傳統(tǒng)機(jī)械門(mén)鎖的時(shí)候，只要保證鑰匙的安全，就不存在信息泄露風(fēng)險(xiǎn)。而在使用電子鎖的時(shí)候，用戶經(jīng)常使用的方式就是手機(jī)遠(yuǎn)程解鎖、藍(lán)牙解鎖等更為便捷的解鎖方式。在這種解鎖方式的解鎖過(guò)程中，會(huì)伴隨著數(shù)據(jù)產(chǎn)生、傳輸、使用等環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能被人惡意竊取數(shù)據(jù)信息。

使用傳統(tǒng)門(mén)鎖的時(shí)候，鑰匙丟了用戶會(huì)第一時(shí)間知道并采取措施，而在使用電子鎖的時(shí)候，就算數(shù)據(jù)已經(jīng)被人惡意竊取，用戶也可能全然不知。這樣就給家庭安全和防盜帶來(lái)極大隱患。

三、智能門(mén)鎖的安全設(shè)計(jì)思路

智能門(mén)鎖的安全設(shè)計(jì)思路包括軟件設(shè)計(jì)思路和硬件設(shè)計(jì)思路，下文將逐一介紹。

3.1 軟件數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理主要分為數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和數(shù)據(jù)的加密。校驗(yàn)是為了防止門(mén)鎖關(guān)鍵數(shù)據(jù)例如密碼被人惡意篡改，導(dǎo)致遠(yuǎn)程無(wú)法解鎖。加密是為了防止關(guān)鍵數(shù)據(jù)被人惡意竊取。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加密處理之后，數(shù)據(jù)一旦被篡改，控制單元會(huì)第一時(shí)間得知。數(shù)據(jù)即使被竊取，也沒(méi)辦法還原真實(shí)數(shù)據(jù)。從而保證遠(yuǎn)程解鎖的時(shí)候，所有的環(huán)節(jié)都是安全的。

3.1.1 數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

數(shù)據(jù)檢驗(yàn)可以采用DES加MAC算法的方式。如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)檢驗(yàn)信息生成機(jī)制

每一個(gè)塊都是64bit的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)拆分成多個(gè)塊進(jìn)行處理，DES算法就是用一個(gè)64bit的Key對(duì)一個(gè)塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到加密塊。

MAC算法是在DES的基礎(chǔ)上先對(duì)報(bào)文第一個(gè)數(shù)據(jù)塊加密，得到加密塊1，接著再拿加密塊1與報(bào)文第二個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行按位異或，得到加密塊2，再用Key對(duì)加密塊2加密，得到加密塊3，同樣的處理依次類推。直到最后會(huì)得到一個(gè)64bit的數(shù)據(jù)。

將這個(gè)數(shù)據(jù)放到報(bào)文的最后發(fā)到門(mén)鎖控制單元，這樣報(bào)文的長(zhǎng)度只增加了64bit，但是數(shù)據(jù)的正確性得到了很好的保證。

而這個(gè)用來(lái)參與MAC計(jì)算的Key就常被稱為MacKey，也可以叫工作密鑰。

3.1.2數(shù)據(jù)加密

前面提到的MAC算法對(duì)傳送的報(bào)文進(jìn)行了處理，保證了在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)不會(huì)在未知的情況下被篡改，但是我們傳輸?shù)膱?bào)文都是明文的形式，很容易被截獲和解析。因此需要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密。如果把整個(gè)報(bào)文都用DES加密是非常耗時(shí)間的，可以只對(duì)關(guān)鍵信息例如門(mén)鎖密鑰信息加密，得到一個(gè)密文數(shù)據(jù)塊。我們就把這個(gè)專門(mén)來(lái)加密關(guān)鍵信息的Key稱為PinKey。

通過(guò)PinKey和MacKey對(duì)報(bào)文進(jìn)行了兩重處理，基本上報(bào)文就是安全的了。如果想對(duì)加密后的密文解密，必須要知道Key才行，所以說(shuō)Key一定要保密。前面提到加密都是用明文Key來(lái)計(jì)算的，所以這個(gè)Key就很容易被竊取。因此還要對(duì)PinKey和MacKey本身進(jìn)行加密，可以再用一個(gè)Key對(duì)PinKey和MacKey進(jìn)行一次DES加密。用來(lái)對(duì)PinKey和MacKey進(jìn)行加密的Key就被稱為MasterKey，即主密鑰，用來(lái)加密其他密鑰的密鑰。

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)上述的處理之后，過(guò)程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理過(guò)程過(guò)程

3.2硬件數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過(guò)上述處理之后，還存在一個(gè)問(wèn)題，MasterKey是明文。如果再找個(gè)Key來(lái)加密MasterKey，那最終無(wú)論處理多少道，最后的那個(gè)Key肯定是明文，這樣看來(lái)，安全的問(wèn)題還沒(méi)有解決。

如果把MasterKey放到硬件里面，基本上就可以排除被惡意竊取的可能性了。因?yàn)橛布黄平獾目赡苄詷O小。

另外，對(duì)于密碼輸入形式的解鎖，其中有個(gè)環(huán)節(jié)需要考慮下，輸入密碼的時(shí)候，按照一般的處理機(jī)制，鍵盤(pán)每按一下，我就把那個(gè)數(shù)字在程序里面先存起來(lái)，等到4位或6位密碼按完后，再把它們合在一起，再送給PinKey加密。那萬(wàn)一黑客程序直接竊取了按鍵信息，那直接就把輸入密碼得到了，前面過(guò)程中對(duì)密碼進(jìn)行的加密處理就變得毫無(wú)意義。

如果把獲取按鍵的程序固化進(jìn)入加密硬件，按鍵的數(shù)字根本不通過(guò)上層的軟件，直接一步進(jìn)入硬件里面處理，等到按鍵按完了后，硬件直接把經(jīng)過(guò)一道處理的按鍵信息給上層軟件，此時(shí)已經(jīng)是密文了，就相當(dāng)于把前面計(jì)算PinBlock的處理移到硬件里面去了，那黑客就沒(méi)法獲取我的按鍵了。這種處理現(xiàn)在就被稱為硬加密。硬加密是一種防止密鑰被竊取的有效手段。

通過(guò)上述軟件加硬件的安全機(jī)制處理之后，我們智能門(mén)鎖的信息安全更有保障了，穩(wěn)穩(wěn)地將大部分惡意竊取拒之門(mén)外。