一種應用於智慧門鎖之加解密機制｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	許賀凱 Ho-Kai Hsu
論文名稱：	一種應用於智慧門鎖之加解密機制 An Encryption/Decryption Scheme for Smart Locks
指導教授：	吳傳嘉 Chwan-Chia Wu
口試委員:	吳傳嘉 Chwan-Chia Wu 張俊明 Chun-Ming Chang 黎碧煌 Bih-Hwang Lee
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電機工程系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2017
畢業學年度：	105
語文別：	中文
論文頁數：	196
中文關鍵詞：	安全遠程密碼、智慧門鎖、進階加密標準、安全性、安卓、蘋果
外文關鍵詞：	OnePassword, Secure Remote Password, Advanced Encryption Standard, Smart Lock, Android, iOS
相關次數：	點閱：234 下載：5
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上一筆

隨著物聯網的蓬勃發展，智慧家庭產品越來越普及。而在所有智慧家庭產品當中，智慧門鎖為智慧家庭的入門產品，只要透過科技就能讓產品更容易突顯方便性。雖然智慧門鎖作為入門產品，但卻也是家裡最重要的安全防護鎖，如何做好安全性，是智慧門鎖的一大挑戰。
本論文提出一種加解密機制智慧門鎖系統架構，其中結合One Password密碼管理器身份驗證協定Secure Remote Password、手機指紋辨識與AES加密方式，讓使用者透過指紋與手機裝置驗證身份之後與伺服器端進行身份驗證。在驗證完畢之後產生一組臨時金鑰，能在傳輸過程中加密及解密資料，確保傳輸安全，並且完成解鎖動作。此外，在本系統中設計硬體自動上鎖、手機應用程式定時登出以及計數器認證功能，增加駭客破解此系統的難度。
除此之外，本論文也設計一套權限管理的方式，如果有需要進出家門者，門鎖的管理者可以增加臨時權限，開放某時段能進出家門，如果權限失效，管理者便可刪除此權限，確保家中的安全。如果想要查看門鎖的歷史紀錄，可以透過歷史紀錄列表進行查詢。
最後，基於安全性與穩定性的考量，比較本系統與其他系統的功能差異，並實作一個不同於市面上智慧門鎖之研究。

With the vigorous development of Internet of Things, more and more smart home’s products are popular. Smart lock is a basic product of smart-home, and it could make products be easier to show the convenience via technology. Although the smart lock is an elementary product, it is the most important home’s security. Therefore, how developers build a smart lock is a huge challenge.

This paper proposes a mechanism with encryption and decryption for smart lock system which contains the One Password authentication protocol called Secure Remote Password, the fingerprint identification and the AES encryption. This system enables users to verify the identity with the mobile device through the fingerprint and server. After the authentication finishes, it will generate a set of temporary key which encrypts and decrypts the data in the transmission process which ensures the transmission’s security, and completes the unlock action. In addition, this system designed a mobile application logout-timed, a counter verification function and a hardware automatically locked which cannot be hacked.

Besides, this system also designed a set of permission management approach. If people need to enter and exit the house, the lock of the administrator can add the temporary permission for opening certain period of time to enter and exit the house. If the permission is invalid, the lock’s administrator can remove the permission to ensure safety. If you want to look the history of the lock, you can search with a list of history.

Finally, this paper based on the safety and stability considerations compares functions between this system with other systems, and builds a system different from door lock products on the market.

摘要        i
Abstract    ii
致謝        iii
目錄        iv
圖目錄        ix
表目錄        xvi
第一章    緒論    1
1    研究背景    1
2    研究動機    6
3    研究目的    8
4    章節架構    8
第二章    相關技術與文獻介紹    9
1    HTTP與HTTPS    9
1.1    HTTP簡介    9
1.2    HTTP URL    9
1.3    HTTPS簡介    11
1.4    HTTPS運作流程    11
2    Websocket    16
2.1    Websocket 原理    17
2.2    Websocket URI    17
2.3    協議請求    17
2.4    協議限制    19
3    Secure Remote Password    20
3.1    Secure Remote Password原理    20
3.2    協定驗證流程    22
4    MQTT    25
4.1    MQTT 架構    26
4.2    MQTT Publish/Subscribe模式    26
4.3    MQTT特性    27
4.4    MQTT命令    28
第三章    開發平台介紹    29
1    Android    29
1.1    Android 系統架構    29
1.2    Android 開發環境    31
2    iOS    32
2.1    iOS 系統架構    32
2.2    iOS 開發環境    34
3    Node.js    36
3.1    JavaScript 介紹    37
3.2    Node.js架構    37
3.3    Node.js特性    39
3.4    Mongo資料庫介紹    40
第四章    加密技術介紹    42
1    雜湊函數    42
1.1    SHA    43
2    AES加密系統    43
3    D-H加密系統    44
4    Rolling Code    45
4.1    Rolling Code運作技術    45
4.2    Rolling Code運作條件    45
第五章    系統架構設計    46
1    門鎖系統架構設計    47
2    遠程解鎖架構設計    48
3    近程解鎖架構設計    48
4    資料庫架構設計    49
4.1    UserSchema    50
4.2    LockSchema    50
4.3    GuestEcpirationSchema    51
4.4    HistorySchema    52
5    會員註冊流程設計    52
5.1    客戶端    52
5.2    伺服器端    53
6    指紋辨識流程設計    54
7    會員登入驗證流程設計    56
7.1    客戶端    56
7.2    伺服器端    57
7.3    硬體端    58
7.4    伺服器端接收硬體請求回應    59
8    解鎖流程設計    60
8.1    手機端UI介面初始化與解鎖控制請求    60
8.2    硬體端解鎖流程設計    61
8.3    手機端更新門鎖狀態請求流程設計    62
8.4    伺服器端更新門鎖狀態流程設計    64
9    新增與刪除權限流程設計    65
9.1    新增權限流程設計    66
9.2    刪除權限流程設計    66
10    顯示使用者權限清單流程設計    67
11    顯示歷史紀錄流程設計    68
12    自動上鎖流程設計    69
13    會員登出流程設計    70
14    藍芽近程解鎖流程設計    71
14.1    手機端藍芽解鎖初始化流程    71
14.2    硬體端藍芽解鎖初始化流程    72
14.3    硬體端藍芽解鎖流程    72
14.4    手機端回傳資料處理流程    73
14.5    手機端藍芽解鎖驗證流程    74
14.6    硬體端解鎖控制驗證流程    74
第六章    系統架構實作與成果    76
1    會員系統實作    76
1.1    環境架設    76
1.2    前置作業    76
1.3    登入系統Server啟動    77
1.4    會員系統Client成果測試    77
1.5    會員系統重點說明    79
2    身份驗證實作    83
2.1    測試環境    83
2.2    實作前置作業    83
2.3    Websocket-SRP Server實作測試    84
2.4    Websocket-SRP Client實作測試    84
2.5    伺服器端程式碼整合實作    85
2.6    手機端實作srp web 客戶端    88
3    AES加密套件匯入    96
3.1    下載AES加密套件    96
3.2    手機端    99
3.3    伺服器端與硬體端    102
4    門鎖初始化實作    103
4.1    手機端取得JS資料    103
4.2    手機端加密傳輸資料    103
4.3    手機端發送登入請求    104
4.4    伺服器端處理登入請求    109
4.5    伺服器端發送硬體初始化請求    112
4.6    硬體處理初始化請求    118
4.7    伺服器端處理硬體端回應請求    122
4.8    手機端接收伺服器端回應請求    123
4.9    實作成果    123
5    解鎖實作    126
5.1    手機端發送控制請求    126
5.2    硬體端處理控制請求    129
5.3    手機端處理硬體端回覆請求    130
5.4    實作成果    130
6    狀態更新實作    131
6.1    手機端發送更新請求    131
6.2    伺服器端處理更新請求    131
6.3    手機端處理伺服器端回覆請求    132
6.4    實作成果    132
7    新增、刪除使用者權限實作    134
7.1    新增使用者權限實作    134
7.2    刪除使用者權限實作    138
8    顯示使用者權限清單實作    141
8.1    手機端發送取得權限清單請求    141
8.2    伺服器端處理取得權限清單請求    141
8.3    手機端處理伺服器端回覆請求    142
8.4    實作成果    142
9    顯示歷史記錄實作    143
9.1    手機端發送取得歷史紀錄請求    143
9.2    伺服器端處理取得歷史紀錄請求    143
9.3    手機端處理伺服器端回覆請求    144
9.4    實作成果    144
10    自動上鎖實作    145
11    系統登出實作    146
11.1    手機端發送登出請求    146
11.2    伺服器端處理登出請求    146
11.3    手機端處理伺服器端回覆請求    147
11.4    實作成果    147
12    藍芽近程解鎖實作    148
12.1    手機端    148
12.2    硬體端    159
12.3    實作成果    164
第七章    系統比較與討論    168
1    安全性    169
2    穩定性    170
3    功能性    170
第八章    結論與未來展望    172
1    結論    172
2    未來展望    173
參考文獻        174

                                

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