在智能家居领域,通常采用具有部署简单、可接入设备数量众多等优点的无线通信方式,其中又以普及度较高的Wi-Fi通信技术应用最为广泛。通常智能家居系统包括远程服务器、众多部署于住宅各处的传感器终端、以及作为远程服务器和传感器终端之间通信桥梁的网关设备。由于Wi-Fi通信技术的开放性,网关与传感器之间的无线通信无法抵御流量分析攻击、侧信道攻击,攻击者能够通过流量分析攻击方式获得用户的环境数据,甚至获得住宅内设备的控制权,给用户隐私带来极大威胁。为增强通信系统的安全性,保证用户隐私权,本文提出一种基于无线信道特征的设备安全通信系统,能够在设备运算、存储、功耗等资源有限的条件下,抵御流量分析攻击,提高通信系统的安全性。主要成果如下:(1)针对Wi-Fi通信技术及其交互协议,充分挖掘其隐性安全空间,提出一种与现行协议兼容的隐藏帧格式。该帧包括14位安全度最高的存储内容位,帧主体部分可存入一般隐私性的数据,最大可支持2312B的数据传输。利用该隐藏帧格式,能够在不引起攻击者注意的情况下,完成重要数据的隐藏传递,提高密钥源和通信系统的安全性。(2)深入研究物理层安全的指导思想,并指出其中存在的不足,设计一套基于无线信道特征的安全通信系统。该系统吸收物理层安全中利用无线信道的天然属性作为密钥来源的优点,同时去掉其中为提高密钥源对称性所作的繁杂工作,用隐藏帧完成密钥源的传递,在计算能力、存储能力受限的情况下,隐秘完成密钥协商工作。(3)从理论证明和实验验证的角度对本文所述设备安全通信系统的正确性、安全性、可行性进行证明。理论证明中,从密钥源安全、密钥安全、设备安全三方面进行阐述。系统开发中,利用两块Hi-Link 7628开发板完成系统开发和搭建,通过测试证明本系统的可行性。