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基于WiFi的智能家居安全性设计

范文

郑建国

摘要：物联网技术和人工智能让万物互联，智能家居是物联网技术及人工智能的重要应用之一，基于WiFi网络的智能家居是今后的发展趋势，分析了WiFi网络存在非法接入、非法窃听、非法攻击等威胁，针对这些威胁，对基于WiFi的智能家居进行了身份认证、数据加密、访问控制、入侵检测、日志审计等安全性设计，能有效避免WiFi网络的非法接入、非法窃听、非法攻击等问题。

关键词：WiFi威胁；智能家居；智能家居安全

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）06-0051-02

1概述

智能家居是通过网络通信、安全防范、自动控制等手段，在家庭里构建高效的住宅设施和家庭日常食物的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性并实现节能环保，智能家居通过物联网技术将家中的照明、电视机、空调、安防系统等设备连接在一起，实现家电控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测等功能。物联网技术和人工智能让万物互联，智能家居是物联网技术及人工智能的重要应用之一，市场上智能家居的产品也是越来越多，随着智能家居的普及应用，智能家居的安全性成为了人们关注和研究的热点。基于WiFi网络的智能家居是今后的发展方向，但WiFi网络存在非法接入、非法窃听、非法攻击等威胁，针对这些威胁，本文讨论了基于WiFi的智能家居的安全性设计。

2智能家居系统架构

基于WiFi网络的智能家居的系统架构如图所示：

目前智能家居通常包括门窗控制、灯光控制、家电控制、视频控制等模块，通过无线局域网连接智能家居网管，用户可以通过在电脑或者手机终端上对家里的智能家居进行访问及控制。目前主流的智能家居通信技术主要有WiFi、Zigbee、蓝牙、UWB、电力载波等技术，各个技术都有各自的优势和不足，在智能家居领域讨论比较多的是WiFi和Zigbee技术，笔者认为基于WiFi的智能家居是以后的发展趋势。

3 WiFi与Zigbee比较

Zigbee和WIFI两种技术是目前智能家居领域使用较多的技术。Zigbee技术是物联网技术领域里的热门技术，当前很多高校、科研机构、企业的物联网产品都是基于Zigbee技术开发的，Zigbee技术虽然有比如低功耗、支持网点多、短时延等诸多优点，但在智能家居领域，Zigbee网络的一个致命缺憾是Zigbee网络需要一个Zigbee协调器，也就是每個家庭用户如果使用Zigbee技术的智能家居的话，需要额外购置一个Zigbee协调器。在这方面WiFi网络具有显著优势，因为目前每个家庭里基本都已有一个WiFi的无线路由器，使用基于WiFi的智能家居不需要购置额外的路由器，因此用户会偏向于购买基于WiFi的智能家居设备。基于用户的使用习惯，基于WiFi的智能家居在市场的优势会越来越显著，是以后的发展趋势。但WiFi网络的安全性不如Zigbee，针对WiFi网络的安全性问题，我们分析了其存在的几个网络威胁，并提出了针对这些威胁的安全性设计。

4WiFi网络的威胁

4.1非法接入

目前市场上存在很多非法WiFi蹭网的程序及设备，由于用户使用了弱口令等原因，WiFi网络的密码很容易被暴力破解，这些情况让一些不法分子有机可乘，存在破解WiFi密码连入网络后不法分子对智能家居进行非法控制的可能。另外用户往往只关注WiFi网络的密码而忽略了无线路由器的管理密码管理，一种攻击方法就是利用尝试用默认的设备管理密码登录无线路由器进行控制，甚至对无线路由器的dns解析进行非法更改劫持，对网络进行非法控制。常规解决办法是用户使用包含数字、字母、符号的复杂密码，不使用纯数字密码，更改无线路由器的设备管理密码，定期更改密码等。

4.2非法窃听

由于WiFi网络的传输途径是空气，具有开放性特征，因此WiFi网络很容易被非法窃听，如果WiFi网络传输关键信息时没有加密或者加密方式不可靠，很容易造成如用户密码、银行账户等关键信息的泄漏，这就要求智能家居厂家设计的产品在传输信号前需要对信号进行加密，目前WEP这种加密方式网上已经出现了暴力破解工具，建议把WiFi网络设置为WPA2的加密方式。

4.3非法攻击

由于WiFi的网络信号是裸露在空气中的，室内室外只要在覆盖范围内都能进行尝试连接，而且很多路由器厂家生产的设备使用是的相同频率，这就使得恶意攻击者可以使用专业设备攻击WiFi网络，比如使用DDOS攻击方式让WiFi网络瘫痪，使得智能家居无法正常连接网络，使智能家居失去原有功能，比如将使没有本地存储功能的监控设备失去作用。

5基于WiFi的智能家居安全性设计

针对上节提到的WiFi网络存在的威胁，提出了基于WiFi网络的智能家居安全性设计，避免上节提到的WiFi网络存在的问题。

5.1身份认证

身份认证是智能家居安全的关键技术，系统认证身份后能够验证用户的有效身份，目前身份认证普遍采用的方法有动态口令、短信验证码、数字证书、外部设备认证等方法，使用短信验证码的验证方式会增加成本，使用数字证书方式存在兼容性问题，比如浏览器版本等，使用外部设备认证方式存在携带不方便的问题，这里推荐使用Google Authenticator实现二步认证，使用Google Authenticator的二步认证功能需要服务器端和客户端的支持。在服务器端使用保存在数据库中的密钥和时间戳通过一种算法生成一个6位数字的一次性密码，客户端（手机或者电脑）使用相同算法、相同密钥、相同时间戳计算出一样的一次性密码。服务器验证时两者的一次性密码如果一样，则登录成功，完成身份认证。

5.2数据加密

数据加密是保护数据安全的一种有效方式，通过对数据加密，保护WiFi数据的安全传输。目前无线路由器WEP加密已被淘汰，安全的加密方式为WPA2-PSK模式，虽然在2017年10月WPA2也已被人破解，它能够让第三者在WiFi的信号范围内，随意监听网络、注入数据，但该漏洞主要影响WiFi接入设备，并不利用无线路由器，因此只需要通过升级智能家居接入设备就能修补漏洞，所以WPA2-PSK模式仍然是安全的加密模式。

5.3访问控制

智能家居需要面对很多不同的家庭成员及访客，不同的角色需要不同的权限，因此对用户进行分组，针对不同用户组授予智能家居设备的状态查看、数据访问、数据管理权限等不同的权限，访问控制既要防止非法用户的非法访问，也要防止合法用户越权访问，对不同用户组授予不同的访问、使用、管理权限。基于角色的访问控制的智能家居解决方案是比较好的一种方案。

5.4入侵检测

由于WiFi信号的开放特性，容易受到不法分子的攻击，比如WiFi信号的DDOS攻击等，入侵检测就是在早期能识别出非正常活动，可以设计入侵检测系统先被动学习正常的网络行为活动，提取网络活动的特征，建立一个特征库，再通过与网络活动特征库进行比对来识别是否为非法入侵。

5.5日志审计

智能家居日志记录了智能家居各设备的运行状态，是入侵检测分析、设备活动分析、用户访问记录等活动的原始数据，日志审计能够分析智能家居设备的异常情况，对及时发现问题、定位问题、解决问题均有重要作用。

6小结

通过对WiFi网络的威胁分析，对基于WiFi的智能家居进行了安全性设计，能够避免WiFi网络的违法接入、非法窃听、非法攻击等问题，但仍存在一些问题，比如如何提高WiFi网络活动的特征库的精度，使得对非法入侵的检测更加精准等问题，这些问题将是后面的研究和学习方向。

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