CCC联盟数字车钥匙（十）——UWB安全性

2023-12-09 12:52
文章标签 uwb 安全性 ccc 钥匙 数字 联盟

本文主要是介绍CCC联盟数字车钥匙（十）——UWB安全性，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

本节介绍CCC联盟UWB数字钥匙相关（适用和强制）安全性要求。设备OEM应使用NFC作为后备机制，以防UWB和BLE模块的操作受到干扰。UWB中基于加扰时间戳序列（STS）避免了被中继的可能，进而保障了安全测距。

22.1 加密

本节详细介绍了前面介绍的各种安全功能中确定的各种加密函数。

基于加密DRBG构建STS

在前面的文章中介绍了MAC协议、STS索引增加：

  • MAC协议（测距会话和MAC控制信道）
  • STS索引增量（规则、增量和更新）

22.1.1 从DRBG推导STS序列

STS基于DRBG算法生成。
STS的推导遵循[33]第15.2.9.1节和图15-7b所述的顺序。生成STS的目的在文中作出说明，IEEE 802.15.4-2020中定义的以下参数映射到本规范中定义的相应参数，如下所示：

phyHrpUwbStsVCounter=SaltedHash[0:32]
phyHrpUwbStsVUpper96=SaltedHash([64:64])||((SaltedHash[32:32]+STS_Index) & 0xffffffffff）
phyHrpUwbStsKey=dURSK[0:128]

对于每个STS的生成，32位计数器用phyHrpUwbStsVCounter初始化。
SaltedHash[0:128]、STSIndex[0:32]和Counter[0:32]（与IEEE 32位计数器相同，初始化为0）用于推导phyHrpUwbStsVUpper96和phyHrpUwbStsVCounter。

21.1.2 SP0帧加密

SP0应使用[31]第9.3节所述的AES-CCM* 算法进行加密。与要求加密数据长度>0的CCM的NIST规范不同，IEEE 802.15 CCM*实现仅允许身份验证CCM（如[31]中使用的安全级别被设置为1、2或3）。

STS_index 加密(SP0 Pre-POLL)：

  • 算法：如[31]第9.3节所述的AES-CCM*。
  • 模式：加密和认证[31]（安全等级6-ENC-MIC64）。
  • K(key)=**mUPSK1[0:128]**
    • N(Nonce)=Source Adress | Frame Counter | Nonce Security Level如[31]第9.3.2.1节所述。
    • 递增帧计数器（Frame Counter），有效载荷中的STS_Index。

注意：对于测距会话，密钥mUPSK1是静态的。

时间戳加密（SP0 Final_data 时间戳帧）：

  • 算法：AES-CCM*如[31]第9.3节所述。
  • 模式：加密和认证[31]（安全等级6-ENC-MIC64）。
  • K（key）=dUDSK，其中dUDSK在本小节后面定义。
  • N(Nonce)=Source Adress | Frame Counter | Nonce Security Level如[31]第9.3.2.1节所述。
  • 递增帧计数器（Frame Counter）。

注意：IV/Key重复的概率无关紧要，因为每个测距块的密钥dUDSK应更新。

22.1.3 密钥派生函数（KDFS）

协议的加密功能应通过以下级联的KDF建立，如图22-1所示。有关具体密钥派生信息，请参阅后续章节。
image.png可以看到，在CCC的派生函数中，基于STS_Index0与协商的配置参数，共同构成了加密派生中的Salted Hash，而实时递增的STS Index则用于整个CCC的会话中。
设备的长地址、FrameCounter等均用到Pre-Poll与Final Data中，同时Final Data中将包含测距过程的时间戳信息。数据段的加密均采用CCM*算法。

22.1.3.1 mUPSKs密钥派生

目的： 保护STS_Index
发生于： 每个会话一次
加密：
mUPSK1[0:128]=CMAC(URSK, 0x00000001 || 0x5550534B（“UPSK”） || 0x00 || 0x000000 ||0x00000180)
mUPSK2[128:128]=CMAC(URSK,0x0000002 || 0x5550534B || 0x00 || 0x000000 || 0x00000180)
mUPSK2[0:128]=CMAC(URSK, 0x0000003 || 0x5550534B || 0x00 || 0x000000 || 0x00000180)

CMAC=AES256-CMAC as PRF, r=32, h=128

参考： 参见计数器模式下[4]KDF的5.1
注意： ASCII(0x5550534B)="UPSK”，类似于FiRa派生函数中的派生标签。
mUPSK1用于加密SP0 Pre-POLL的数据段的加密。
mUPSK2用于导出KeySource和UWB地址。
而生成的DUSK则用于SP0 Final Data数据的加密。

22.1.3.2 SaltedHash密钥派生

目的： 保持测距配置的完整性
发生于： 每次测距配置协商调用一次
加密：
Salt[0:128]=CMAC(URSK,0x00000001 || 0x53414C54（“SALT”） || 0x00 || 0x000000 || 0x00000080）
CMAC=AES256-CMAC as PRF，r=32，h=128

**参考：**参见计数器模式下[4]KDF的5.1
PaddedSalt[0:256]=0x000..0000 || Salt
RangingConfiguration=Selected_Protocol_Version || Selected_UWB_Config_Id || UWB_Session_Id || STS_Index0 || Number_Responder_Nodes || Session_RAN_Multiplier || Number _Slot_per_Round || Numeric_Chaps_per_Slot || Selected _PulseShape_Combo
SaltedHash=CMAC(PaddedSalt, RangingConfiguration)
CMAC=AES256-CMAC作为PRF，r=32，h=128
注意： ASCII(0x53414C54)=“SALT”
测距配置参数在第20.5.2节中有详细描述。

22.1.3.3 mURSK密钥派生

目的: Ranging Keys Seed derivation （测距密钥种子生成）
**发生次数：**每个会话一次
加密：
mURSK[128:128]= CMAC(URSK, 0x00000001 || 0x5552534B || 0x00 || 0x000000 || 0x00000100)
mURSK[0:128]= CMAC(URSK, 0x00000002 || 0x5552534B || 0x00 || 0x000000 || 0x00000100)
CMAC=AES256-CMAC as PRF, r = 32, h=128
**参考: **参见计数器模式下[4]KDF的5.1
**注意：**ASCII (0x5552534B)=“URSK”

22.1.3.4 dURSK/dUDSK密钥派生(KDF_cascade definition)

**目的：**测距密钥生成（Ranging Keys）
发生于： KDF每个测距循环（ranging cycle）执行一次 (before “POLL”)
加密：
URSK_KT[128:128]=CMAC(mURSK, 0x00000001 || 0x5552534B5F4B54 || 0x00 || 7'b0 || STS_Index[31] || .. 7'b0 || STS_Index[16] || 7'b0 || STS_Index[15] || ..7'b0 || STS_Index[1] || 7'b0 || STS_Index[0] || 0x00000100)
其中7’b0表示7个二进制“0” S T S _ I n d e x = S T S _ I n d e x k ( I , R o u n d _ I d x k ( i ) , P r e _ P O L L ) STS\_Index = STS\_Index^k(I, Round\_Idx^k(i), Pre\_POLL) STS_Index=STS_Indexk(I,Round_Idxk(i),Pre_POLL)
URSK_KT[0:128]=CMAC(mURSK, 0x00000002 || 0x5552534B5F4B54 || 0x00 || 7'b0 || STS_Index[31] || .. 7'b0 || STS_Index[16] || 7'b0 || STS_Index[15] || .. 7'b0 || STS_Index[1] || 7'b0 || STS_Index[0] || 0x00000100)
dURSK[0:128]=CMAC(URSK_KT, 0x00000001 || 0x5552534B || 0x00 || SaltedHash || 0x000000 || 0x00000080)
dUDSK[0:128]=CMAC(URSK_KT, 0x00000001 || 0x5544534B || 0x00 || SaltedHash || 0x000000 || 0x00000080)
CMAC=AES256-CMAC as PRF, r=32, h=128
**参考：**参见计数器模式下[4]KDF的5.1
注意：
ASCII (0x5552534B5F4B54)=“URSK_KT”
ASCII (0x5552534B)=“URSK”
ASCII (0x5544534B)=“UDSK”

22.1.4 测距恢复之间的UWB跟踪预防

为了保护在恢复之间相同的UWB测距会话被跟踪，以下值应在会话设置或接收到RR-RS消息时导出（派生）：

  • KeySource（4字节）
  • Destination Short Address（2字节）
  • Source Long Address（8字节）
22.1.4.1 UWB Addresses KDF

**目的：**Deriving UWB Address（UAD）
**发生次数：**测距设置和恢复
**加密：**UAD[0:128]=CMAC(mUPSK2,0x00000001 || 0x554144 || 0x00 || STSIndex0[0:32] || 0x00000080）
一些地址应保留用于广播：

  • 对于KeySourceLow、KeySourceHigh和目标短地址：0xFFFF和0xFFFE是保留值。
  • 对于源长地址：0xFFFFFFFFFFFFF是一个保留值。

如果计算的UAD与预留值相匹配，则应使用以下方法来翻转高位：

function SetUpperBitToZeroIfReserved(bytes [X...0]) {if(bytesAreReserverd(bytes)) {bytes[X...X-7] = bytes[X...X-7] & 0x7f}return bytes
}

注意：索引表示法仍然是指位索引。

SetUpperBitToZeroIfReserved重新映射以下条目，并保留其他未修改的条目。
图片.png
第一个地址应该有误，0xFFFF重映射之后应为：0x7FFF。

KeySourceLow[0:16] = SetUpperBitToZeroIfReserved(UAD[112:16])
KeySourceHigh[0:16] = SetUpperBitToZeroIfReserved(UAD[96:16])
DestinationShortAddress[0:16] = SetUpperBitToZeroIfReserved(UAD[80:16])
SourceLongAddress[0:64] = SetUpperBitToZeroIfReserved(UAD[16:64])

CMAC = AES256-CMAC as PRF, r = 32, h=128

ASCII (0x554144) = “UAD”
最新的STSIndex0是在会话设置或恢复协商的。

22.1.4.2 Key Source for Auxiliary Security Header

4-byte的密钥源的值通过以下方式获得：
KeySource[0: 32] = KeySourceHigh || KeySourceLow

持续更新，系列教程，收藏关注吧！

1、CCC联盟——UWB PHY
2、CCC联盟数字车钥匙（一）——UWB MAC概述
3、CCC联盟数字车钥匙（二）——UWB MAC时间网格
4、CCC联盟数字车钥匙（三）——UWB MAC时间网格同步及Hopping
5、CCC联盟数字车钥匙（四）——UWB MAC协议
6、CCC联盟数字车钥匙（五）——UWB MAC STS索引
7、CCC联盟数字车钥匙（六）——BLE连接概述
8、CCC联盟数字车钥匙（七）——BLE连接流程
9、CCC联盟数字车钥匙（八）——BLE配对相关字段
10、CCC联盟数字车钥匙（九）——Passive Entry

这篇关于CCC联盟数字车钥匙（十）——UWB安全性的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/473805。

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