Posted By on 7 月 27, 2017 in BLE, LinkIt, MTK, WiFi, 評測, 開發套件 | 2 comments

作者：陳炯良

每次有廠商發表新的開發板時，我們總會想看看它有何功能特色、是否適合大家採用？但看到功能列表時出現的許多專業術語及名詞，卻總是似曾相識但又不太清楚。因此，本文準備深入介紹LinkIt 7697 HDK 這塊新開發套件的一些功能規格，而限於篇幅，將從它的安全性來切入介紹。

LinkIt 7697 HDK 是塊針對物聯網應用的開發板，它基於 MT7697 系統單晶片所開發，具有含浮點運算的 ARM Cortex-M4 微控制器，並整合了 802.11b/g/n Wi-Fi 無線網路及Bluetooth 4.2 低功耗藍牙。下文將以 LinkIt 7697 的安全性作為分析重點。

LinkIt 7697 HDK開發板的核心晶片與周邊配置

安全啟動與加密引擎

搭配串列快閃記憶體執行安全啟動／來源

7697採用串列快閃記憶體（Serial/SPI Flash）來執行安全啟動（Secure Boot），這作法主要是在系統開機之前，先檢視儲存在系統內檔案的「安全性」與「有效性」，防止未被授權的程式在開機啟動程序期間被執行在系統上。

它的硬體加密引擎包含 AES、DES/3DES、網路安全的 SHA2、SHA256、SHA512 hash engines，簡介如下：

• 內建硬體加密引擎（Hardware crypto engines），包含有進階加密標準（Advanced Encryption Standard, AES）、三重資料加密標準（Triple Data Encryption Algorithm , DES/3DES）、安全雜湊演算法（SHA2）等加解密軟體。
• 進階加密標準（Advanced Encryption Standard，縮寫AES），在密碼學中又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府採用的一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣為全世界所使用。經過五年的甄選流程，進階加密標準由美國國家標準與技術研究院（NIST）於2001年11月26日發布於FIPS PUB 197，並在2002年5月26日成為有效的標準。2006年，進階加密標準已然成為對稱金鑰加密中最流行的演算法之一。
• 三重資料加密演算法（Triple Data Encryption Algorithm，縮寫TDEA，Triple DEA），或稱3DES（Triple DES），是一種對稱密鑰加密塊密碼，相當於是對每個資料塊應用三次資料加密標準（DES）演算法。由於電腦運算能力的增強，原版DES密碼的金鑰長度變得容易被暴力破解；3DES即是設計用來提供一種相對簡單的方法，即通過增加DES的金鑰長度來避免類似的攻擊，而不是設計一種全新的塊密碼演算法。
• SHA-2，名稱來自於安全雜湊演算法2（Secure Hash Algorithm 2）的縮寫，一種密碼雜湊函式演算法標準，由美國國家安全局研發，由美國國家標準與技術研究院（NIST）在2001年發布。屬於SHA演算法之一，是SHA-1的後繼者。其下又可再分為六個不同的演算法標準，包括了：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。

無線網路安全性作法

LinkIt 7697在無線網路方面同時支援Wi-Fi及Bluetooth，首先來介紹Wi-Fi通訊的一些安全規格。

Wi-Fi安全支援

Wi-Fi聯盟（Wi-Fi Alliance，簡稱WFA）／來源

Wi-Fi通訊規格是由Wi-Fi聯盟（Wi-Fi Alliance，WFA）來進行商業性推動，它是一個商業聯盟，擁有Wi-Fi的商標。它負責Wi-Fi認證，與商標授權的工作。WPA/WPA2是經由Wi-Fi聯盟驗證過的IEEE 802.11i標準的認證形式，全名是Wi-Fi Protected Access® (WPA)與Wi-Fi Protected Access® 2 (WPA2)，WPA2顧名思義就是WPA的加強版，它們是一種技術上的認證，而不是一個安全標準，其技術特色簡介如下：

• 在WPA的設計中要用到一個802.1X認證伺服器來分發不同的金鑰給各個終端用戶；不過它也可以用在較不保險的「預共享金鑰模式」（pre-shared key），這是讓同一無線路由器底下的每個用戶都使用同一把金鑰。
• Wi-Fi聯盟把這個使用pre-shared key的版本叫做「WPA-個人版」或「WPA2-個人版」（WPA-Personal or WPA2-Personal），用802.1X認證的版本叫做「WPA-企業版」或「WPA2-企業版」（WPA-Enterprise or WPA2-Enterprise），使用企業版的每一個無線網路用戶都有一個自己的密碼。
• WPA加密採用TKIP(Temporary Key Integrity Protocol)，WPA2採AES ( Advanced Encryption Standard ) 加密技術，AES的加密技術比TKIP更安全。TKIP安全協議（通常稱為WPA）可以被一些改進的攻擊破解，例如貝克-特夫斯攻擊法（Beck-Tews Attacks，2008年發布）與「大東-森井攻擊」（Ohigashi-Morii Attack）等。
• WPS（Wi-Fi Protected Setup）：這是一個2007年年初才發布的認證，目的是讓消費者可以透過更簡單的方式來設定無線網路裝置，並且保證有一定的安全性。目前WPS允許透過Pin Input Config（PIN）、Push Button Config（PBC）、USB Flash Drive Config（UFD）以及Near Field Communication Contactless Token Config（NFC）的方式來設定無線網路裝置。

LinkIt 7697也支援另一個安全規格，即WAPI（WLAN Authentication and Privacy Infrastructure，無線鑑別和保密基礎結構）。它是一個關於無線區域網路的中國國家標準（GB 15629.11-2003），一般讀作「WAIPI」。這標準也成立了一個WAPI產業聯盟，雖然它被設計為基於WiFi執行，但其與802.11無線網路標準所用安全協定的相容性存疑。2006年3月，ISO通過802.11i加密標準，並駁回WAPI提案。2009年6月，中國政府重新提交WAPI標準申請。但在2011年11月21日，中國政府將此申請撤回，ISO隨即將WAPI專案取消。

WAPI起初是為了解決WEP中的安全漏洞而誕生，主要由WAI（WLAN authentication infrastructure，無線區域網路鑑別基礎結構）和WPI（WLAN privacy infrastructure，無線區域網路保密基礎結構）兩部分組成。WAI定義了無線區域網路中身分鑑別和金鑰管理的安全方案。WPI定義了無線區域網路中資料傳輸保護的安全方案，包括資料加密、鑑別和重放保護等。

BLE安全支援

藍牙低功耗（BLE）技術應用／來源

藍牙低功耗（BLE）是藍牙聯盟從4.0版本推出的一項低功耗藍牙技術，專注應用於智能穿戴設備、智能家居、及以後的智慧城市建設，主要用於小數據傳輸與管理。

BLE低功耗藍牙功能有以下功能：

• 數據傳輸 :支持很短的資料封包（8 octet至27 octet），其傳輸速度高達1Mbps。所有連接均採用先進的動態監聽（sniff-subrating）功能模式，以實現超低的負載循環 （duty cycle）。
• 跳頻技術 : 使用調節性跳頻技術，可降低2.4 GHz ISM波段其他技術的干擾。
• 主機控制技術 : 可以讓主機長時間休眠，可由高智能控制器來啟動，此功能將可節省耗能。
• 短延遲 : 最短可在2~3毫秒內完成連接設置並開始傳輸數據。
• 射程長 : 調變指數的增大可以使射程範圍增廣，甚至可以超過100m。
• 穩定度 : 使用24位的循環重複檢環（CRC），確保封包在受到干擾時的最大穩定度。
• 安全性 : 使用的是CCM的AES-128完全加密技術，為數據封包提供了高度加密性及認證安全度。CCM模式（具有CBC-MAC的計數器）是加密塊密碼的操作模式。它是一種經認證的加密算法，旨在提供身份驗證和機密性。CCM模式僅針對塊長度為128位的塊密碼定義。
• 拓撲：在每個封包上使用的均是32位的存取地址，這種拓撲技術理論上可以讓數十億個裝置能被同時連結。針對一對一的連結優化，同時也可利用星狀拓樸來完成一對多點的連結。通常在連線和斷線迅速切換下，數據會在網狀拓樸之間不停的進行移動，也不會形成複雜的網路負擔。

BLE低功耗藍牙 4.2版之特色：

• IPSP （Internet Protocol Control Protocol，網際網路協議控制協議），其目的是為了讓藍牙支援 IPv6 / 6LoWPAN，讓所有穿戴式或物聯網裝置都能連上雲端網路。
• 藍牙4.2規格提升了藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy）裝置之間的資料傳輸速度與可靠性，建立了更大的封包，讓裝置能以比前一代版本快2.5倍的速度傳輸資料。提升資料傳輸速率與封包容量，將能減少傳輸的錯誤，並因此更進一步降低功耗。
• 強化了安全性與隱私保護功能，採用經過美國國家標準與技術研究院（NIST）認證的P-256橢圓曲線（Elliptic curve cryptography,ECC）密碼學加密與AES-CMAC(AES-Cypher-Based Message Authentication Code)雜湊函數演算法。

結論

如果只是給Maker或RD拿來做做POC，其實不用太強大的安全功能，不過，MTK畢竟是做商用市場的晶片商，LinkIt 7697 HDK上用的MT7697主要還是賣給方案商量產使用，所以該有安全性都已具備，也就是說，用它做好的POC，其實可以改買晶片或模組來進行量產，會省下不少量產移植的工夫。

（責任編輯：林佳盈）

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