金華UWB安全數(shù)據(jù)通訊STS-加密、身份認(rèn)證

DW3000系列才能支持UWB安全數(shù)據(jù)通訊，DW1000不支持

IEEE 802.15.4a沒(méi)有數(shù)據(jù)通訊安全保護(hù)機(jī)制，IEEE 802.15.4z中指定的擴(kuò)展得到增強(qiáng)（在PHY/RF級(jí)別）：增添了一個(gè)重要特性“擾頻時(shí)間戳序列（STS）”，該特性增添了加密、隨機(jī)數(shù)生成等。

STS缺省是關(guān)閉，只有打開(kāi)和使用才能體現(xiàn)UWB安全通訊。STS的使用涉及AES的公鑰和私鑰的管理和使用。

UWB 是一種基于脈沖的系統(tǒng)，使用一系列非常窄的 2 納秒脈沖。這些窄脈沖經(jīng)過(guò)編碼和傳播，將會(huì)占用 500 MHz 的帶寬。脈沖序列使用 IPATOV 和偽隨機(jī)安全 STS 編碼進(jìn)行編碼，分別重復(fù)多次。標(biāo)頭和 STS 后面是 MAC 標(biāo)頭和數(shù)據(jù)。此標(biāo)頭、STS、MAC 標(biāo)頭和數(shù)據(jù)序列構(gòu)成一幀。

加擾時(shí)間戳序列（Scrambled Timestamp Sequence, STS）:

增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的完整性（integrity），進(jìn)一步提高了UWB技術(shù)在應(yīng)用的安全性。

對(duì)于BPRF和HPRF模式，STS字段都是可選的。

STS引入之后，數(shù)據(jù)幀變更為4種模式，即SP0、SP1、SP2、SP3。

STS使用偽隨機(jī)序列和加密技術(shù)來(lái)保護(hù)每幀中生成的時(shí)間戳數(shù)據(jù)的完整性。此生成過(guò)程依賴于高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AES) 安全協(xié)議。

AES 是一種用于保護(hù)信息的對(duì)稱分組密，STS 利用鏈接兩端的私鑰和公鑰來(lái)加密和交換初始 STS 密鑰。初始化完成后，在每次傳輸后都會(huì)使用一種復(fù)雜的算法來(lái)更改此 STS 代碼。

STS 字段由一組偽隨機(jī)二進(jìn)制相移鍵控 (BPSK) 調(diào)制脈沖組成， BPSK 調(diào)制序列的偽隨機(jī)性由密碼安全的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器確保，由于序列的偽隨機(jī)性，沒(méi)有周期性，因此允許接收器產(chǎn)生可靠、高度準(zhǔn)確和無(wú)偽影的信道延遲估計(jì)。

UWB物理層

IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義了一種非常靈活的UWB物理層，通過(guò)調(diào)整如同步前導(dǎo)長(zhǎng)度、前導(dǎo)碼、數(shù)據(jù)速率等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Responder用SYNC同步收到的UWB信息，STS用于生成一個(gè)防篡改的時(shí)間戳。

PHY Header包含PSDU信息，PSDU由5部分組成，PPDU(PHY protocal data unit)物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元：

1.    SYNC：又稱前導(dǎo)碼區(qū)域，接收機(jī)為了檢測(cè)和同步UWB信號(hào)，首先必須找到符合協(xié)議的前導(dǎo)碼；前導(dǎo)碼（由0/1組成的一種幀結(jié)構(gòu)，通知目標(biāo)做好接受準(zhǔn)備）；

2.    SFD：報(bào)文起始分隔符；

3.    STS：安全時(shí)間戳；

4.    PHY header(PHR)(SP3沒(méi)有)，物理頭；

5.    PHY 服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PSDU)(SP3沒(méi)有），物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元。

Responder用SYNC和SFD同步收到的UWB信息，STS則用于生成1個(gè)防止篡改的時(shí)間戳，PHR包含了關(guān)于PSDU的內(nèi)容，PSDU包含了有效信息，就是Initiator真正想傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

802.15.4z 規(guī)范提供了多對(duì)多 UWB 架構(gòu)，為安全的多點(diǎn)測(cè)距區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (RAN) 提供了基礎(chǔ)。