1. 基本介绍
ZigBee是一种低复杂度、低功耗、低速率、低成本的近距离无线通信技术。它基于IEEE 802.15.4标准，主要用于短距离数据传输和监控应用。
ZigBee网络由协调器、路由器和终端设备组成，支持星型、树型和网状等多种拓扑结构。该技术广泛应用于智能家居、工业自动化、医疗监护等领域，通过低功耗和自组织网络特性，实现高效、可靠的无线数据传输。ZigBee的传输速率在10KB/秒到250KB/秒之间，支持大量设备连接，具有强大的网络容量和灵活的节点配置能力。
2. 协议概述
2.1 栈结构
ZigBee协议组成主要涵盖了四个层次，这些层次共同构成了ZigBee网络协议栈的基础，确保了数据的可靠传输和网络的有效管理。以下是ZigBee协议组成的详细概述：
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物理层 -
处理无线电硬件之间的实际通信 -
基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术 -
传输层 -
管理无线链路，包括处理帧的发送、接收、超时重传、收发确认等 -
提供了安全和管理机制，如加密、身份认证和底层设备管理 -
网络层 -
负责多跳网络的支持，主要包括路由选择、拓扑结构和组网等功能(星型、树型和网状拓扑结构) -
协调器、路由器和终端设备 -
负责定义不同应用的数据格式和通信规则 -
节点之间的路由和寻址机制，确保数据传输的可靠性和安全性 -
不同设备之间的互相通信，允许节点在网络中相互切换
2.2 数据帧
2.2.1 具体分布
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物理层 -
SHR – 前导序列 -
PHR – PSDU长度信息 -
PSDU – MAC层协议数据单元 -
传输层 -
MHR – 控制信息、序列号、寻址信息等 -
MSDU – 网络层和应用层数据 -
MFR – 帧校验序列 -
网络层 -
网络层帧头和有效载荷 -
应用层 -
数据和服务
2.2.2 帧结构
信标帧
| 帧控制域 | 序列号 | 地址域 | 附加安全头部 | 超帧描述 | GTS分配释放信息 | 转发数据目标地址信息 | 帧负载 | FCS |
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数据帧
| 帧控制域 | 序列号 | 地址域 | 附加安全头部 | 数据帧负载 | FCS校验 |
|---|
确认帧
| 帧控制域 | 序列号 | FCS |
|---|
2.3 安全机制
ZigBee主要提供三个级别的安全模式:
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非安全模式 -
不采取任务安全措施 – 可重发、中间人攻击 -
访问控制模式 -
只允许接入的硬件设备MAC地址存在列表中，限制无合法节点访问获取相关数据 -
安全模式 -
支持128位AES加密算法进行数据通信加密
Wireshark里面提供的安全级别可支持预设密钥用于解析数据包
2.4 密钥类型
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主密钥 -
配合ZigBee对称密钥的建立(SKKE)过程来派生其它密钥，在建立网络时生成或配置的，用于后续生成网络密钥和链接密钥。 -
网络密钥 -
保护广播和组数据的机密性和完整性，同时也为网络认证提供保护 -
链接密钥 -
保护两个设备之间单播数据的机密性和完整性 -
其他密钥 -
除了上述主要密钥外，ZigBee协议还可能定义其他类型的密钥，如应用主密钥、应用链接密钥等，用于特定场景下的安全通信
3. 安全风险
3.1 中间人攻击
ZigBee采用非安全模式，对数据传输内容没有加密，可能被窃取敏感数据内容。
3.2 密钥攻击
在密钥传输过程中，密钥内容会以明文形式传输，因此可能被获取密钥信息，通过密钥对数据信息进行解密或者伪造合法接入设备。
4. 总结
当前，针对ZigBee协议的攻击策略主要聚焦于其密钥安全性的薄弱环节，其密钥安全是整个Zigbee协议中最重要一环。
原文始发于微信公众号（山石网科安全技术研究院）：手把手玩转路由器漏洞挖掘系列-ZigBee协议
