基于蓝牙mesh的安全保护机制的研究
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ELECTRONICS WORLD・探索与观察
搭配可以使产品Touch mura发生率达到最低。 3.2 趋势图分析
我们以每个因素实际水平为横坐标，以试验结果为纵坐标，画 出“因素水平-发生率”趋势图。
图1 因素水平-发生率趋势图 由趋势图可知，随着LC Amount增加滴注超过0.1%、PSH增加 高度超过0.4μm、BM CD增加超度2μm后，Touch mura发生率呈 下降趋势，因此，在进行下次质量改善时，可按照以上三个因素工 艺参数继续增加的方向进行。实际不良改善活动中，我们还会遇到
作者简介：刘铁磊（1988—），男，河北承德人，学士，工程 师，2012年于河北工业大学获得学士学位，现为京方科技集团股份 有限公司CS运营部工程师，主要从事质量数据分析、维修供应商 管理等工作。
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有可能被中继攻击，则节点会将本条消息丢弃。IV索引是一个单独 的字段，需要与SEQ一同纳入考量，来自给定元素的消息中的IV索 引值必须始终等于或大于该元素上的一个有效消息。 2.7 垃圾桶攻击防护
从前面的描述也可得到，低功耗蓝牙(BLE)和传统蓝牙的安全 机制都是针对点对点连接数据被窃听的风险，所以要应对的安全问 题较单一。但是对于蓝牙mesh的通信一般包括多个节点之间的通 信，将面临更复杂的通信环境，节点的增加和删除均将可能引入外 部攻击，所以所需的安全机制要求也更高，不仅针对的是数据通信 时的数据安全，或者对等设备之间的连接安全性，它关注的是整 个网络的安全性，以及网络中各组设备之间的安全性（童天浩， 易平，邢泓凯，等.无线MESH网络的安全性问题：信息网络安全， 2009）。
不同节点拥有了主要的网络秘钥，意味着该节点具备了蓝牙 mesh网络成员的资格和访问权限，但是为了整个网络的安全性，可 以将整个网络划分成多个不同的子网，使每个子网均拥有自己的子 网秘钥。意味着只有拥有指定子网的网络秘钥才能和该子网内的其 它节点进行通信。对于子网的建立可以是临时的，并且分配临时的 子网秘钥。 2.4 网络秘钥刷新
2.蓝牙mesh的安全机制 2.1 消息加密认证
对于蓝牙mesh网络通信的安全性主要以来蓝牙协议本身的安全 性，即蓝牙标准中的加密算法和程序。蓝牙mesh协议栈中采用的两 项关键的安全功能是AES-CMAC(Advanced Encryption Standard)和 AES-CCM。在低功耗蓝牙通信协议栈当中也具有这两种加密方式。 这两者是基本的加密和认证功能，蓝牙mesh通信协议中所有密钥的 生成都是基于上述标准。AES-CMAC为基于密码的消息认证码算法， 能够生成固定长度的128位消息认证值，将其应用与任意长度变量 的输入，AES-CMAC具有出色的错误检测能力，旨在检测有意的、未 经授权的数据修改或意外修改。AES-CCM是一种通用的、认证的加
在蓝牙mesh网络系统中，若网络节点较多，在空域上将覆盖 很大的范围，数据传输的范围也将更广，无线数据也将更容易被监 听。中继攻击是指窃听者拦截并捕获一个或者多个消息，然后再加 入自己的数据，重新将消息发送出去，目的是达到欺骗接收者，执 行未经被授权而攻击设备的任务的一种技术。
蓝牙mesh为保护网络免受中继攻击，采用了基于序列号 （SEQ）和IV索引两个网络字段的方式解决。当系统在传输消息 时，每次发送元素会增加SEQ值，节点从元素接收消息，若元素中 的SEQ值小于或等于上一条有效消息中的SEQ值，从而判断该条消息
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表8
型号 1307 AC46-1 890SF
光板 无异常 轻微发黄 无异常
模块1 无异常 轻微发黄 无异常
模块2 加电正常 加电正常 加电正常
9481-E
轻微发黄
轻微发黄
加电正常
3.6 霉菌/盐雾试验
霉菌/盐雾试验依据GJB150.10A-2009和GJB150.11A-2009进行， 霉菌试验使用标准中的第二组菌种，盐雾试验在试验过程中保持通电
改善结果多指标和影响因素水平不等的情况，可以参照正交表选择 合理的试验安排，这里不再赘述。
通过以上试验，B司TFT改善小组成功将量产品Touch Mura发 生率控制在0.5%以下，为公司品质提升做出了卓越贡献。
4 结论 目前，大部分制造业工厂质量改善活动存在过渡依赖六西格
玛小组，或仅凭经验进行改善的问题，对于前着，无论不良项目改 善因素是否明确，均以DMAIC方法进行，并花费高价聘请咨询公 司，从而造成运营成本浪费。对于后者，质量改善达不到最佳效 果，质量隐患无法消除。通过以上试验方法介绍，并结合工厂改善 实际情况，我们发现，运用最合理、最简单统计学方法，即可达到 质量改善目的。由此可知，统计学知识亟待在制造业质量改善活动 中普及，让质量改善更专业，不但能减少生产成本浪费，而且可提 高改善效率，最终为企业盈利做出贡献。
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
基于蓝牙mesh的安全保护机制的研究
广东理工学院电气与电子工程学院 周 莹 曾丽萍 曹美媛 谷红霞
本文主要对蓝牙mesh通信过程中使用的安全机制进行研究，确 保在蓝牙通信网的建立、新节点的加入到节点之间数据传输过程中 的安全性。在蓝牙mesh通信协议栈中，采用多级的安全防护，主要 有安全分级考量、区域隔离、秘钥刷新等多种安全防护机制，从设 备接入到消息传输过程中可能产生的网络风险进行考量，提高蓝牙 mesh通信的安全性。
因此被加入黑名单的网络节点将被从网络中剔除，无法再接入 到网络中，不再构成攻击威胁。 2.5 消息传送模糊化
使用由网络密钥导出的隐私密钥用于对网络包的报头进行模糊 化处理，进行模糊化处理后可以确保在数据传输过程中不被随机的 网络窃听器所跟踪，是的基于流量数据分析的攻击方法难以实现。 2.6 中继攻击防护
移除的节点添加至“黑名单”；其次，启动秘钥刷新程序流程。
3.总结 为使蓝牙mesh通信网络的安全性，蓝牙组织采用了多种方式来
防止网络系统遭到多方面的攻击，不仅是在消息的传输过程中，还 是消息本身的加密算法上，还包括系统节点的加入认证和节点移除 的过程中加入了全方位的防护，足以看出蓝牙mesh网络通信安全的 重要性。本文对蓝牙mesh网络通信过程中所采用的一些安全机制进 行了简要的描述，在使用的过程了工程师可依据当前系统所使用的 环境进行适量的裁剪，选择最合适的安全保护机制。
1.引言 传统蓝牙的通信安全机制适用于对等的安全通信情况，即满足
双方以相同的方式实现认证和加密规则。该机制主要是以秘钥的方 式实现，蓝牙协议中的链路层使用4个实体提供通信的安全性（李 娅楠，肖美华，李伟,等.基于事件逻辑的无线Mesh网络认证协议安 全性证明：计算机工程与科学，2017）。蓝牙管理模块存储着有关 设备和服务的安全信息，然后由安全管理器来决定是否接收数据、 链接断开或者是否需要加密和身份认证。通信数据的加密和解密是由 链路层来实现的（曾胡涛，黄晁，白玉军，基于BLE Mesh组网应用系 统设计：传感器与微系统，2017）。BLE可分为两种安全模式，安全 模式一包含4种级别，分别为：a.无安全机制，完全使用明文；b.蓝 牙链接通过无认证的配对方式来实现数据加密；c.蓝牙链接通过有认 证的配对方式来实现数据的加密；d.蓝牙通过有认证的安全连接配 对方式进行链路加密。在这几个安全级别当中，越往后安全级别越 高，越难别破解。模式二包括两个级别，a.基于无认证的配对方式 上的数据签名方式；b.基于认证的配对方式上的数据签名方式（用 于物联网通信的蓝牙网关设计：电子科技大学，2018）。
垃圾桶攻击即当蓝牙mesh网络中有节点移除，可能已经损坏并 需要更换，可能很多人想到的是简单粗暴的丢弃到垃圾桶。或者私 卖给别人，这些都是存在风险的。因为节点中还包含启动配置流程 提供的安全秘钥，若将节点丢弃或者出售，如果蓝牙mesh网络的相 关秘钥还在其中，将容易遭受网络攻击。为避免遭受垃圾桶攻击， 从当前网络中移除节点包括两个步骤，首先，启动配置设备，将要
在mesh网中的节点均包含各种安全秘钥，若末节点损坏并且需 要不能继续工作，或者需要出售给其他人，为了确保整个网络的安 全秘钥不被盗用，防止该节点被利用于发动网络攻击，需要从网络 中删除该节点，通过启动配置程序将该节点添加到黑名单，随后启 动相应的秘钥刷新程序。秘钥刷新程序会向网络中除黑名单中的节 点发送刷新后的网络秘钥、网络秘钥等其它安全配置。也即构成网 络和程序安全性基础的所有安全秘钥均将被刷新。
表5 加热去除试验记录
型号
刺破除去温度
融化除去温度
1307 AC46-1 890SF 9481-E
240℃ 300℃ 300℃ 300℃
240℃ 350℃ 350℃ 420℃
4.结束语 通过测试1307、890SF和9481-E符合使用要求，1307维修可操
作性最好，890SF和9481-E的固化速度快，便于批量三防涂覆。
测量，完成试验后依据标准进行判断，一级以上为符合要求。 表9 霉菌/盐雾试验同级别
型号
霉菌试验
盐雾试验
1307
合格
合格
AC46-1
合格
合格，有轻微白点
890SF
合格
ห้องสมุดไป่ตู้
合格
9481-E
合格
合格
• 32 •
3.7 覆膜去除确认 加热法去除为使用调温焊台进行刺破剔除试片焊点的涂覆层，
由低到高调节焊台温度，直至烙铁头可轻易刺破涂覆层使内部焊锡 融化，记录该温度点（张立明，印制板组件的三防涂覆及其去除工 艺：电子工艺技术，2009）。
• 28 •
密算法，在使用过程中需要加密快密码（王熙，蓝牙mesh驱动创 新打造安全可靠物联网解决方案：通信世界，2017）。加密工具 箱还有许多其他的安全函数，如各种关键性的派生函数，SALT生 成函数等。 2.2 安全分级
蓝牙mesh通信的安全性主要是三类安全秘钥，这些密钥为整个 通信网络提供了不同的安全性，并实现了安全性中的核心功能。蓝 牙mesh采用应用秘钥（AppKey）来保护应用层的消息。Mesh网络中 的所有节点都拥有一个或者多个网络秘钥（NetKey），每个网络秘 钥对应一个子网。所有网络中的节点必须拥有网络秘钥才能成为子 网中的一员。网络加密秘钥和隐私秘钥均来源于网络秘钥。每个节 点还拥有一个唯一的设备秘钥（DevKey），用于节点的启动配置和 配置流程。 2.3 网络区域隔离
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
搭配可以使产品Touch mura发生率达到最低。 3.2 趋势图分析
我们以每个因素实际水平为横坐标，以试验结果为纵坐标，画 出“因素水平-发生率”趋势图。
图1 因素水平-发生率趋势图 由趋势图可知，随着LC Amount增加滴注超过0.1%、PSH增加 高度超过0.4μm、BM CD增加超度2μm后，Touch mura发生率呈 下降趋势，因此，在进行下次质量改善时，可按照以上三个因素工 艺参数继续增加的方向进行。实际不良改善活动中，我们还会遇到
作者简介：刘铁磊（1988—），男，河北承德人，学士，工程 师，2012年于河北工业大学获得学士学位，现为京方科技集团股份 有限公司CS运营部工程师，主要从事质量数据分析、维修供应商 管理等工作。
（上接第28页）
有可能被中继攻击，则节点会将本条消息丢弃。IV索引是一个单独 的字段，需要与SEQ一同纳入考量，来自给定元素的消息中的IV索 引值必须始终等于或大于该元素上的一个有效消息。 2.7 垃圾桶攻击防护
从前面的描述也可得到，低功耗蓝牙(BLE)和传统蓝牙的安全 机制都是针对点对点连接数据被窃听的风险，所以要应对的安全问 题较单一。但是对于蓝牙mesh的通信一般包括多个节点之间的通 信，将面临更复杂的通信环境，节点的增加和删除均将可能引入外 部攻击，所以所需的安全机制要求也更高，不仅针对的是数据通信 时的数据安全，或者对等设备之间的连接安全性，它关注的是整 个网络的安全性，以及网络中各组设备之间的安全性（童天浩， 易平，邢泓凯，等.无线MESH网络的安全性问题：信息网络安全， 2009）。
不同节点拥有了主要的网络秘钥，意味着该节点具备了蓝牙 mesh网络成员的资格和访问权限，但是为了整个网络的安全性，可 以将整个网络划分成多个不同的子网，使每个子网均拥有自己的子 网秘钥。意味着只有拥有指定子网的网络秘钥才能和该子网内的其 它节点进行通信。对于子网的建立可以是临时的，并且分配临时的 子网秘钥。 2.4 网络秘钥刷新
2.蓝牙mesh的安全机制 2.1 消息加密认证
对于蓝牙mesh网络通信的安全性主要以来蓝牙协议本身的安全 性，即蓝牙标准中的加密算法和程序。蓝牙mesh协议栈中采用的两 项关键的安全功能是AES-CMAC(Advanced Encryption Standard)和 AES-CCM。在低功耗蓝牙通信协议栈当中也具有这两种加密方式。 这两者是基本的加密和认证功能，蓝牙mesh通信协议中所有密钥的 生成都是基于上述标准。AES-CMAC为基于密码的消息认证码算法， 能够生成固定长度的128位消息认证值，将其应用与任意长度变量 的输入，AES-CMAC具有出色的错误检测能力，旨在检测有意的、未 经授权的数据修改或意外修改。AES-CCM是一种通用的、认证的加
在蓝牙mesh网络系统中，若网络节点较多，在空域上将覆盖 很大的范围，数据传输的范围也将更广，无线数据也将更容易被监 听。中继攻击是指窃听者拦截并捕获一个或者多个消息，然后再加 入自己的数据，重新将消息发送出去，目的是达到欺骗接收者，执 行未经被授权而攻击设备的任务的一种技术。
蓝牙mesh为保护网络免受中继攻击，采用了基于序列号 （SEQ）和IV索引两个网络字段的方式解决。当系统在传输消息 时，每次发送元素会增加SEQ值，节点从元素接收消息，若元素中 的SEQ值小于或等于上一条有效消息中的SEQ值，从而判断该条消息
（上接第29页）
表8
型号 1307 AC46-1 890SF
光板 无异常 轻微发黄 无异常
模块1 无异常 轻微发黄 无异常
模块2 加电正常 加电正常 加电正常
9481-E
轻微发黄
轻微发黄
加电正常
3.6 霉菌/盐雾试验
霉菌/盐雾试验依据GJB150.10A-2009和GJB150.11A-2009进行， 霉菌试验使用标准中的第二组菌种，盐雾试验在试验过程中保持通电
改善结果多指标和影响因素水平不等的情况，可以参照正交表选择 合理的试验安排，这里不再赘述。
通过以上试验，B司TFT改善小组成功将量产品Touch Mura发 生率控制在0.5%以下，为公司品质提升做出了卓越贡献。
4 结论 目前，大部分制造业工厂质量改善活动存在过渡依赖六西格
玛小组，或仅凭经验进行改善的问题，对于前着，无论不良项目改 善因素是否明确，均以DMAIC方法进行，并花费高价聘请咨询公 司，从而造成运营成本浪费。对于后者，质量改善达不到最佳效 果，质量隐患无法消除。通过以上试验方法介绍，并结合工厂改善 实际情况，我们发现，运用最合理、最简单统计学方法，即可达到 质量改善目的。由此可知，统计学知识亟待在制造业质量改善活动 中普及，让质量改善更专业，不但能减少生产成本浪费，而且可提 高改善效率，最终为企业盈利做出贡献。
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
基于蓝牙mesh的安全保护机制的研究
广东理工学院电气与电子工程学院 周 莹 曾丽萍 曹美媛 谷红霞
本文主要对蓝牙mesh通信过程中使用的安全机制进行研究，确 保在蓝牙通信网的建立、新节点的加入到节点之间数据传输过程中 的安全性。在蓝牙mesh通信协议栈中，采用多级的安全防护，主要 有安全分级考量、区域隔离、秘钥刷新等多种安全防护机制，从设 备接入到消息传输过程中可能产生的网络风险进行考量，提高蓝牙 mesh通信的安全性。
因此被加入黑名单的网络节点将被从网络中剔除，无法再接入 到网络中，不再构成攻击威胁。 2.5 消息传送模糊化
使用由网络密钥导出的隐私密钥用于对网络包的报头进行模糊 化处理，进行模糊化处理后可以确保在数据传输过程中不被随机的 网络窃听器所跟踪，是的基于流量数据分析的攻击方法难以实现。 2.6 中继攻击防护
移除的节点添加至“黑名单”；其次，启动秘钥刷新程序流程。
3.总结 为使蓝牙mesh通信网络的安全性，蓝牙组织采用了多种方式来
防止网络系统遭到多方面的攻击，不仅是在消息的传输过程中，还 是消息本身的加密算法上，还包括系统节点的加入认证和节点移除 的过程中加入了全方位的防护，足以看出蓝牙mesh网络通信安全的 重要性。本文对蓝牙mesh网络通信过程中所采用的一些安全机制进 行了简要的描述，在使用的过程了工程师可依据当前系统所使用的 环境进行适量的裁剪，选择最合适的安全保护机制。
1.引言 传统蓝牙的通信安全机制适用于对等的安全通信情况，即满足
双方以相同的方式实现认证和加密规则。该机制主要是以秘钥的方 式实现，蓝牙协议中的链路层使用4个实体提供通信的安全性（李 娅楠，肖美华，李伟,等.基于事件逻辑的无线Mesh网络认证协议安 全性证明：计算机工程与科学，2017）。蓝牙管理模块存储着有关 设备和服务的安全信息，然后由安全管理器来决定是否接收数据、 链接断开或者是否需要加密和身份认证。通信数据的加密和解密是由 链路层来实现的（曾胡涛，黄晁，白玉军，基于BLE Mesh组网应用系 统设计：传感器与微系统，2017）。BLE可分为两种安全模式，安全 模式一包含4种级别，分别为：a.无安全机制，完全使用明文；b.蓝 牙链接通过无认证的配对方式来实现数据加密；c.蓝牙链接通过有认 证的配对方式来实现数据的加密；d.蓝牙通过有认证的安全连接配 对方式进行链路加密。在这几个安全级别当中，越往后安全级别越 高，越难别破解。模式二包括两个级别，a.基于无认证的配对方式 上的数据签名方式；b.基于认证的配对方式上的数据签名方式（用 于物联网通信的蓝牙网关设计：电子科技大学，2018）。
垃圾桶攻击即当蓝牙mesh网络中有节点移除，可能已经损坏并 需要更换，可能很多人想到的是简单粗暴的丢弃到垃圾桶。或者私 卖给别人，这些都是存在风险的。因为节点中还包含启动配置流程 提供的安全秘钥，若将节点丢弃或者出售，如果蓝牙mesh网络的相 关秘钥还在其中，将容易遭受网络攻击。为避免遭受垃圾桶攻击， 从当前网络中移除节点包括两个步骤，首先，启动配置设备，将要
在mesh网中的节点均包含各种安全秘钥，若末节点损坏并且需 要不能继续工作，或者需要出售给其他人，为了确保整个网络的安 全秘钥不被盗用，防止该节点被利用于发动网络攻击，需要从网络 中删除该节点，通过启动配置程序将该节点添加到黑名单，随后启 动相应的秘钥刷新程序。秘钥刷新程序会向网络中除黑名单中的节 点发送刷新后的网络秘钥、网络秘钥等其它安全配置。也即构成网 络和程序安全性基础的所有安全秘钥均将被刷新。
表5 加热去除试验记录
型号
刺破除去温度
融化除去温度
1307 AC46-1 890SF 9481-E
240℃ 300℃ 300℃ 300℃
240℃ 350℃ 350℃ 420℃
4.结束语 通过测试1307、890SF和9481-E符合使用要求，1307维修可操
作性最好，890SF和9481-E的固化速度快，便于批量三防涂覆。
测量，完成试验后依据标准进行判断，一级以上为符合要求。 表9 霉菌/盐雾试验同级别
型号
霉菌试验
盐雾试验
1307
合格
合格
AC46-1
合格
合格，有轻微白点
890SF
合格
ห้องสมุดไป่ตู้
合格
9481-E
合格
合格
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3.7 覆膜去除确认 加热法去除为使用调温焊台进行刺破剔除试片焊点的涂覆层，
由低到高调节焊台温度，直至烙铁头可轻易刺破涂覆层使内部焊锡 融化，记录该温度点（张立明，印制板组件的三防涂覆及其去除工 艺：电子工艺技术，2009）。
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密算法，在使用过程中需要加密快密码（王熙，蓝牙mesh驱动创 新打造安全可靠物联网解决方案：通信世界，2017）。加密工具 箱还有许多其他的安全函数，如各种关键性的派生函数，SALT生 成函数等。 2.2 安全分级
蓝牙mesh通信的安全性主要是三类安全秘钥，这些密钥为整个 通信网络提供了不同的安全性，并实现了安全性中的核心功能。蓝 牙mesh采用应用秘钥（AppKey）来保护应用层的消息。Mesh网络中 的所有节点都拥有一个或者多个网络秘钥（NetKey），每个网络秘 钥对应一个子网。所有网络中的节点必须拥有网络秘钥才能成为子 网中的一员。网络加密秘钥和隐私秘钥均来源于网络秘钥。每个节 点还拥有一个唯一的设备秘钥（DevKey），用于节点的启动配置和 配置流程。 2.3 网络区域隔离