【摘 要】
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在线固件升级是物联网设备进行软件迭代更新过程中的一种主要实现方式。通过无线传输固件,可以很方便地对成百上千的设备进行升级。空中升级的方式虽然便捷方便,但是升级的过程中也存在很多安全隐患。除此之外,长时间的升级还会影响设备的正常使用,在应用编程的升级方式对嵌入式设备的内存有一定要求,对存储区域受限的设备无法进行远程升级。为了解决上述问题,本文设计一种安全高效且具有通用性的远程固件升级方案,主要研究工
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在线固件升级是物联网设备进行软件迭代更新过程中的一种主要实现方式。通过无线传输固件,可以很方便地对成百上千的设备进行升级。空中升级的方式虽然便捷方便,但是升级的过程中也存在很多安全隐患。除此之外,长时间的升级还会影响设备的正常使用,在应用编程的升级方式对嵌入式设备的内存有一定要求,对存储区域受限的设备无法进行远程升级。为了解决上述问题,本文设计一种安全高效且具有通用性的远程固件升级方案,主要研究工作有:（1）从固件升级过程中潜在的物理攻击和无线攻击两方面进行分析,深入探究了固件升级的威胁模型。针对这些风险,分别提出了适用于物联网设备的固件升级安全模型,从升级固件数据打包、无线传输、身份校验和终端设备存储保护等方面提高了设备固件信息的安全性。（2）设计了基于低功耗蓝牙的物联网设备固件升级系统,针对低功耗蓝牙的协议架构特点,分别提出了So C（System On Chip）模式和NCP（Network Co-Processor）模式两种OTA服务器端的实现方式用于对远程OTA客户端的固件升级。设计了NCP模式下串口传输的实现机制,并针对下位机设计了通过串口传输实现固件升级方案。（3）研究了LZ4、Deflate以及LZMA数据压缩算法的实现原理。通过测试比较这三种压缩算法在压缩效率、运行时间和内存占用上的性能参数,选取适用于物联网设备数据压缩处理的LZMA算法最优参数应用于本系统实现中。以上述研究为核心,实现了具有数据解压、安全解密、签名校验等安全设计功能以及串口数据通信功能的引导加载程序。（4）搭建了固件升级测试环境,对基于低功耗蓝牙的固件升级系统进行功能和性能测试,验证了系统能通过安全加密、数字签名等方式有效抵御可能的黑客攻击。此外,还结合蓝牙5.0规范的新特性,使用2M PHY数据速率对固件升级系统进行测试。
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