IOT安全技术综合实验报告1.docx
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IOT安全技术综合实验报告1
IOT安全技术综合实验报告
班级：
物联网18-
（1）班
学号：
**********
姓名：
*****
物联网安全技术综合实验报告
一、实验内容
对各种传感器采集到的数据提取出来（2种以上类型数据），进行加密和认证操作，编写网络传输程序，在发送端将加密和认证后的数据发出，在接收端对接收到的数据验证和解密，提取出原始的传感器数据。
加密算法和认证算法需要自己编写程序，不得使用网上现有的加密工具，必须有可运行的源代码，可采用DES、AES、RC4等对称加密算法对数据进行加密，采用RSA等公钥密码对数据加密密钥进行加密，采用消息认证码或数字签名机制对数据进行认证。
二、采集数据
1、硬件设备
1）传感器的作用。
本次实现中，硬件的功能为采集传感器的数，然后通过串口传输到电脑端的串口助手中，再通过串口助手的存储数据功能，实现把传感器数据存储到一个txt类型的文档中。
硬件模块包括光强传感器和主控CC2530单片机。
2）光敏传感器通过iic的通信协议，与cc2530单片机进行通信。
光强传感器使用的是BH1750，硬件系统结构图1所示。
图1
3）硬件电路设计。
BH1750传感器采用IIC总线，其中SCL连接到CC2530单片机的P0_0端口，SDA连接CC2530单片机的P0_1端口。
图2
2、实验步骤
1）首先按照原理图，进行实物图的连接，连接效果如图3，采集模块的六号框为光强传感器。
图3
2）在win10环境下，利用IARFor8051编写程序（图4），程序的功能为：
读取湿度传感器的值，并通过串口发送出去，串口波特率为38400。
图4
3）通过SmartRF04仿真器连接cc2530和电脑，并利用FlashPromgrammer工具，把程序烧录到单片机中，接着开启串口助手，配置好波特率后即可看到这样的数据“light=124.0”。
4）对数据进行记录存储后，得到我们想要的数据文件，文件类型为txt文档。
文档的部分内容如图5所示。
图5
3、主要代码及注释
1）本次硬件代码的步骤为，通过iic获取传感器的值，然后通过串口上传，稍作延时后，进行第二次循环。
2）核心部分代码一，上传光强值。
//获取传感器的值
p=bh1750_get_data（）;
//将光强值写入到要发送的数组中
sprintf（p,"%.1f",light）;
//通过串口上报光强值
ZXBeeAdd（"light",p）;
3）核心部分代码二，获取传感器值：
floatbh1750_get_data（void）//返回值为传感器的光强值。
{
uchar*p=buf;
bh1750_init（）;//初始化BH1750
bh1750_send_byte（0x46,0x01）;//poweron
bh1750_send_byte（0x46,0X20）;//H-resolutionmode
delay_ms（180）;//延时180ms
bh1750_read_nbyte（0x46,p,2）;//连续读出数据，存储在BUF中
unsignedshortx=buf[0]<<8|buf[1];
returnx/1.2;}
三、加密解密算法
1、基本原理
1）数据整体原理。
本次的加密解密在电脑端模拟完成，共分为两个程序，分别为客户端程序和服务器端程序，客户端程序负责，向服务器端程序传输，对明文处理后的数据，服务器端负责接收客户端发送过来的数据，并对数据进行验证及解密分析。
2）整体算法流程图:
图6
3）本次用来对秘钥进行加解密算法有：
RSA，首先是在客户端tcp连接服务器后，通过RSA算法，利用服务器B的公钥进行加密RC4的秘钥，发送给B，然后B采用自己的私钥进行解密，得到秘钥K。
4）本次对明文的加密方式采用的是:
RC4，在传输完秘钥后，客户端程序先读取一行数据文件的传感器数据，并通过RC4的加密方式，利用秘钥K进行数据加密，生产密文m1。
2、主要代码及注释
1）加密及发送秘钥的核心代码：
for（i=0;imingwen[i]=key[i];
encrypt（Be,Bn）;//rsa通过B的公钥加密，加密mingwen[]数组中的数据，结果存于c[]数组中。
printf（"对加密的结果为：
"）;
for（i=0;i{
sendBuf[i]=c[i];
printf（"%d",c[i]）;
}
printf（"\n"）;
tcp_send（）;//发送秘钥
3）读取一行文档数据的核心代码：
file_open（）;//开启文件
while（fgets（str,N,fp）!
=NULL）{
printf（"传感器的数据为：
",）;
printf（"%s\n",str）;
4）对数据进行RC4加密的核心代码：
//RC4加密,加密后的数据在pData中
rc4_crypt（s,（unsignedchar*）pData,cdi）;
printf（"\n进行RC4加密得到的结果为：
"）;
for（i=0;iencrypts[i]=pData[i];//放于MD5的加密数组中
printf（"%d",pData[i]）;
}
printf（"\n"）;
2、执行界面
图7
四、消息认证（签名）
1、消息保护的原理：
1）消息完整性的验证，对RC4加密后的密文进行MD5运算，得到128位散列值，接收方解密得到散列值后，再对收到的RC4加密后的密文进行一次MD5运算，如果两处计算得到的散列值都一样，则说明，消息没有被篡改，可以进行下一步使用。
2）来源的认证，采用的实现算法是RSA，客户端利用自己的私钥进行加密报文，然后发给服务器端，服务器端利用客户端的公钥进行解密认证。
其数字签名的内容为：
RC4加密后的密文与MD5加密后的密文。
3、核心代码
1）MD5加密的使用核心代码：
printf（"MD5加密前的数据为：
"）;
for（i=0;iprintf（"%d",encrypts[i]）;
}
printf（"\n"）;
MD5Update（&md5,encrypts,strlen（（char*）encrypts））;
MD5Final（&md5,decrypts）;
printf（"MD5加密后:
"）;
for（i=0;i<16;i++）
{
printf（"%d",decrypts[i]）;
}
3）利用RSA进行数字签名的核心代码：
//RSA加密，身份认证,encrypt（e,n）把全局定义的mingwen[256]进行加密，结果存于c[256]
for（i=0;i<16+strlen（str）;i++）{
mingwen[i]=M2[i];
printf（"%d",mingwen[i]）;
}
encrypt（Ad,An）;//rsa通过A的私钥加密
4、实现界面：
1）发送端界面：
图8
2）接收端界面：
图9
五、网络传输
1、实现原理：
1）本次采用的是网络传输方式是tcp协议，通过在电脑端开启两个程序，一个作为tcp服务器一个作为客户端进行tcp连接，进而实现数据的交互。
2）由于本次进行tcp发送的值为RSA签名加密的结果，且本程序的RSA算法的结果为unsignedint型数组，因为其值可能出现大于256，但是网络传输的tcp协议，一次报文传输的数据为unsignedchar型，出现了数据丢失现象，故需要把RSA计算的结果进行拆分，如一个unsignedint型数据拆分成为两个unsignedchar型数据，然后再通过tcp发送过去，接收方收到数据后，再按照规律两个数据组合成为一个数据。
拆分如下图。
图10
5、核心代码：
1）数组的拆分核心代码：
unsignedcharchang[2];
//把参数分解成为两个char的数据并存于chang[2]中，高位在前，低位在后。
voidi_2c（unsignedintnum）{
//高位在前，低位在后
unsignedintnum2;
chang[1]=num%256;//取后面的值
num2=num/256;
chang[0]=num2%256;//取前面的值
}
2）数组的合并的核心代码：
//对chang中的数据进行结合，把结果返回
unsignedinttc_i（）{
//高位在前，低位在后
unsignedintval=1;
val*=chang[1];//取后面的值
val+=chang[0]*256;//取前面的值
returnval;
}
3）tcp连接的核心代码
sockClient=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0）;
addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr（"127.0.0.1"）;
addrServer.sin_family=AF_INET;
addrServer.sin_port=htons（6000）;
connect（sockClient,（SOCKADDR*）&addrServer,sizeof（addrServer））;
六、总结与收获
在本次实训中，我更加熟练了各种加解密算法的运用，及其优缺点，也更加理会到了其中的组合逻辑，层层嵌套，层层相互作用及其验证，如今物联网行业发展迅速，其数据的安全性更是不容小视，在本次实验中，我学会了物联网数据结合加解密算法的处理。
本次实验中，令我印象最深刻的问题是RSA签名中加密后数据的大小问题，在程序执行的最后一步，把需要传输的数据写入到tcp传输的数组里后，出现了数据丢失，且在之前的秘钥传输过程中，秘钥的值比较小，没有出现加密结果单个数大于256，即出现了加解密成功。
这导致了问题更加难发现，在最后把数据都打印出来后，发现接收到的数据和发送的数据不一致，出现了丢失，如：
传输1520，则只传输出去的值为240。
最终发现是tcp传输的数组为unsignedchar类型的，最大值是256，但已经到程序的最后一步了，如果修改别的验证方法工作量会非常大，故采用了分割发进行解决，如：
把待传输的200个unsignedint型数组转化成为400个unsignedchar型数组进行发送，接收到后再重新恢复为200个unsignedint型数组。
所幸的是问题得到了解决。
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