马早霞，李 磊，刘 心

(河北工程大学 信息与电气工程学院，河北 邯郸 056038)

物联网产业的飞速发展，对通信技术提出了更高的要求[1-3]。在此背景下，低功耗广域网LPWAN (low power wide area network) 因其能耗小、通信范围广等特点得以广泛应用。LoRa技术作为LPWAN中应用最为广泛的通信技术之一具有低功耗、远距离、广范围的特点，发展相对较快、较为成熟。智慧物联网依托LPWAN，容易陷入隐私泄漏和其他安全危机。数据传输过程是整个物联网信息传输最薄弱的环节，特别是在LoRa无线网络中，由于带宽、数据速率和包大小等受限，数据链路特别容易受到攻击[4]。LoRaWAN是基于LoRa的上层协议，定义了整个系统的架构和运行过程。LoRaWAN使用对称密钥加密(AES-128bits)进行加密/解密和MAC操作，虽在一定程度上保护网络中传输的数据有效负载，但仍面临数据加密安全度不高，传输链路易被监听等问题[4-5]。

LoRa广域网的安全性受到广泛关注，文献[6]指出了通信各方由于同步问题易受攻击的漏洞。文献[7]首次对LoRaWAN协议的安全性进行研究，主要分析了LoRaWAN v1.0和LoRaWAN v1.1的密钥交换部分，利用工具Scyther提出了一种针对v1.1的安全协议模型，定义了基于物理层的LPWAN网络的结构和运行。但是该文献提出的模型只是对协议进行安全性检查，并不能解决LoRaWAN协议易受攻击和重放的问题。文献[8]针对MAC层安全机制提出了一种密钥自动生成机制。文献[9]在此基础上提出一种密钥衍生机制，该机制无差别地对连接请求过程进行加密，并没有考虑对功耗的增加。文献[10]提出一种低功耗的端对端的密钥生成机制。……