Современная электроника №5/2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 11 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2019 Рис. 2. Общая схема безопасности данных в сети LoRaWAN Рис. 3. Схема хранения ключей шифрования Сервер приложений – платфор- ма, производящая обработку данных, получаемых от терминалов и направ- ляемых к ним. Помимо работы с дан- ными, сервер приложения может управлять терминалами с уровня при- ложения (например, переводить их в режим работы другого класса, управ- лять опцией адаптивной передачи дан- ных, мультикаста и т.п.). Сервер при- ложений может находиться на тер- ритории оператора, на территории клиента или в одном из «облачных» сервисов. О БЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕДАВАЕМЫХ ДАННЫХ В сети IoT LoRaWAN используется многоуровневая система безопасно- сти передачи данных (см. рис. 2). 1-й уровень . AES-шифрование на уровне приложения (end-to-end, т.е. между абонентским терминалом и сервером приложений) с помощью 128-битного переменного сессион- ного ключа Application session key (AppSKey). Данный ключ шифрования хранится в абонентском терминале и на сервере приложений и недоступен оператору сети (доступ к AppSKey есть только у клиента – владельца сервера приложений). Формирование сессион- ного ключа происходит параллельно в абонентском терминале и на сторо- не сети во время процедуры актива- ции терминала; через эфир AppSKey не передаётся. 2-й уровень . AES-шифрование и про- верка целостности сообщений на сетевом уровне (между абонентским терминалом и сетевым сервером) с помощью 128-битного переменного сессионного ключа Network session key (NwkSKey). Данный уровень шифрова- ния используется для защиты переда- ваемых сигнальных команд на МАС- уровне, а также для вычисления MIC (Message Integrity Code) с целью про- верки целостности данных, передава- емых по радиоинтерфейсу. NwkSKey хранится в абонентском терминале и на сетевом сервере и недоступен кли- енту (доступ к NwkSKey есть только у оператора сети – владельца сетевого сервера). Формирование сессионно- го ключа NwkSKey также происходит параллельно в абонентском термина- ле и на стороне сети во время процеду- ры активации терминала; через эфир NwkSKey не передаётся. 3-й уровень . Стандартные мето- ды аутентификации и шифрования интернет-протокола (IPsec, TLS и т.п.) при передаче данных по транспортной сети между узлами сети (базовая стан- ция, сетевой сервер, Join-сервер (см. далее), сервер приложений). По команде приложения или сетево- го сервера в любой момент возможен переход на новую сессию с генераци- ей нового комплекта ключей шифрова- ния, что делает бесполезными старые ключи шифрования. Кроме того, имеет- ся возможность установки периодиче- ской генерации нового комплекта клю- чей NwkSKey и AppSKey. В версии стандарта LoRaWANV1.0.x [2] формирование сессионных ключей на стороне сети производится на сетевом сервере (NS), однако в вер- сии V1.1 [3] для этих целей определя- ется выделенный сервер (так называе- мый Join-сервер) (см. рис. 3), который может быть дополнительно защищён отдельным аппаратным модулем без- опасности HSM (Hardware Security Module). В этом случае для безопас- ной передачи сгенерированных сес- сионных ключей между серверами, а также хранения их на сетевом сер- вере и сервере приложений внедря- ются дополнительные ключи: AS_Key для ключа AppSKey и LRC_K для клю- ча NwkSKey. На абонентском устрой- стве ключи шифрования опциональ- но могут защищаться специальным аппаратным элементом безопасно- сти Secure Element (например, микро- контроллером Microchip ATECC608A), что исключит их компрометацию в случае физического воздействия на терминал. Внедрение аппаратных средств защи- ты в сети и на терминале делает бес- полезными попытки перехвата сесси- онных ключей при передаче их между серверами и взлома серверов или або- нентских устройств с целью извлече- ния сессионных ключей. Рассмотренные мероприятия соз- дают также условия для защищённо- го роуминга данных (безопасной авто- ризации датчиков в гостевой сети и защищённой передачи данных домаш- нему серверу приложений из гостевой сети). В целях дополнительной защиты процесса генерации сессионных клю- чей Join-сервер может быть физически вынесен на территорию клиента или производителя устройств (см. рис. 4). В этом случае даже сотрудники опера- тора не смогут получить доступ к сес- сионным и корневым ключамшифро- вания абонентского терминала. Несмотря на то что в РФ не тре- буется обязательная сертификация средств кодирования (шифрования) LoRaWAN шифрование Абонентское устройство Базовая станция Сетевой сервер Интернет (сетевая) безопасность (IPsec, TLS, firewall, etc.) Сервер приложений AppSKey NwkSKey Уровень 1 – приложения Уровень 2 – сеть LoRaWAN Уровень 3 – транспорт LoRaWAN шифрование и проверка целостности Backend проверка целостности и шифрование Backend проверка целостности и шифрование Датчик Сетевой сервер (NS) Join-сервер Сервер приложений (AS) Аппаратный модуль безопасности (HSM) LoRaWAN – безопасность