Der Link-Key-Sicherheitsmechanismus in Zigbee funktioniert durch die Verwendung von vorinstallierten oder während der Einrichtung ausgetauschten Schlüssel, um die Kommunikationssicherheit zwischen verschiedenen Geräten im Zigbee-Netzwerk zu gewährleisten. Zigbee ist ein drahtloses Kommunikationsprotokoll, das auf dem IEEE 802.15.4-Standard basiert und hauptsächlich für kurze Reichweiten und energiesparende Anwendungen wie Hausautomation, Beleuchtungssysteme und Industrieautomatisierung verwendet wird.
Im Zigbee-Sicherheitsmodell gibt es verschiedene Schlüsseltypen, wovon der Link-Key und der Netzwerkschlüssel die wichtigsten sind. Der Link-Key ist ein eindeutiger Schlüssel, der zwischen zwei Zigbee-Geräten ausgetauscht wird, um eine sichere Kommunikation auf der Anwendungsschicht zu ermöglichen. Hier sind die Hauptfunktionen und der Ablauf des Link-Key-Prozesses:
1. Pre-Installation oder Austausch während der Einrichtung: – Link-Keys können vor der Inbetriebnahme der Geräte festgelegt oder während der Netzwerkkonfiguration über einen sicheren Kanal ausgetauscht werden. Diese Schlüssel werden in den Geräten gespeichert und dienen zur Authentifizierung und Verschlüsselung der Kommunikation.
2. Schlüsselaustausch-Protokolle: – Während der Initialisierung nutzen Zigbee-Geräte Protokolle wie das SKKE (Symmetric-Key Key Establishment) oder das APS (Application Support Sub-layer) Authentifizierungsprotokoll, um sicherzustellen, dass der Schlüssel sicher und ohne Mithören von Dritten ausgetauscht wird.
3. Verschlüsselung und Authentifizierung: – Einmal etabliert, wird der Link-Key verwendet, um Nachrichten zwischen den zwei verbundenen Geräten zu verschlüsseln und zu authentifizieren. Dies verhindert, dass unbefugte Geräte auf die übermittelten Daten zugreifen oder diese verändern können. Dabei kommen AES (Advanced Encryption Standard) mit 128-Bit-Schlüsseln und CCM (Counter with CBC-MAC) als Authentifizierungs- und Verschlüsselungsmechanismen zum Einsatz.
4. Schutz vor Angriffen: – Der Link-Key-Sicherheitsmechanismus schützt vor verschiedenen Angriffen wie Replay-Attacken oder Man-in-the-Middle-Angriffen, da jede Nachricht kryptografisch gesichert und ihre Integrität verifiziert wird.
Ein praktisches Beispiel wäre ein Zigbee-basiertes Lichtsteuerungssystem in einem Smart Home. Wenn ein Benutzer eine neue smarte Glühbirne in das bestehende Zigbee-Netzwerk einbindet, wird ein sicherer Link-Key zwischen dem Steuerungshub und der Glühbirne ausgetauscht. Alle zukünftigen Steuerbefehle (wie das Ein- oder Ausschalten des Lichts) werden dann unter Verwendung dieses Link-Keys verschlüsselt und authentifiziert, wodurch sichergestellt wird, dass nur autorisierte Befehle von der Glühbirne akzeptiert werden.
Zu den Quellen, die für diese Antwort konsultiert wurden, gehören:
- Zigbee Alliance. (2022). “Zigbee Specification.” Zigbee Document 05-3474-21.
- Dürrwang, J., & Frey, H. (2014). “Wireless Sensor Communication based on ZigBee,” in Procedia Computer Science, Elsevier.
- IEEE. (2020). “IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks (IEEE 802.15.4-2020).”
Diese Quellen bieten umfassende Informationen über die technischen Details und die Implementierung der Sicherheit in Zigbee-Netzwerken.
