基于ZigBee的智能家居系统安全通信研究

来源：电子测量技术杂志2021年第18期北京时间：

作者：王海珍，廉佐政，谷文成

单位：1. 齐齐哈尔大学 计算机与控制工程学院 齐齐哈尔 161006;2. 齐齐哈尔大学 网络信息中心 齐齐哈尔 161006

摘要：目前基于无线技术的智能家居系统给人们带来了舒适和便利，但系统容易遭受攻击，有较多的隐私数据需要保护。针对无线通信中数据安全问题，设计了一种智能家居系统及其安全通信方法，即设计了系统的组网结构，规划了外网和内网。内网的家居设备节点采集信息并采用ZigBee通信方式，其它设备采用WiFi通信方式。路由器部署为MQTT服务器，手机等控制设备为MQTT客户端，并在服务器上进行SSL通信相关的配置、设计客户端程序。每次外部网络的MQTT客户端访问服务器时，先采用安全的内网穿透方案ZeroTier连接到内部网络，再通过SSL协议产生公钥和证书，进行安全通信。提出基于L-P混沌系统交叉扩散方法产生AES初始轮密钥，并用于ZigBee安全通信。实验结果为外网MQTT客户端和服务器可以连接到一个ZeroTier网络，并通过SSL协议安全通信；ZigBee通信方式达到了加密效果，相对标准AES算法，加密时间短、平均端到端通信延迟小，分别降低了3.77%和28.5%，且能量消耗少，节点平均剩余能量提高了30.22%。因此，实验结果表明，本文提出的通信方法安全,且具有应用性。

关键词：智能家居; WiFi通信方式; ZigBee通信方式; MQTT服务器; 混沌系统

基金资助：黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目（135309470）、黑龙江省高等教育教学改革研究项目（SJGY20200770,SJGY20190710）、黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研创新平台项目（135409421）资助