低功耗无同步 LoRaWAN 中的抗攻击数据时间戳机制

LoRaWAN 等低功耗广域网技术有望用于从地理分布的传感器收集低速监测数据，其中对传感器数据打时间戳是一项关键的系统功能。本文考虑一种基于网关处信号到达时间的无同步 LoRaWAN 上行数据时间戳方法，该方法很好地匹配了 LoRaWAN 的单跳星型拓扑，并免除了始终传输时间戳和同步终端设备时钟所带来的带宽开销。然而，我们表明该方法易受一种由恶意帧冲突与延迟重放构成的{\em 帧延迟攻击}。真实实验表明，该攻击可影响面积高达约 $50,000\,\text{m}^2$ 大区域内的终端设备。从更广泛的意义上说，该攻击威胁任何需要 LoRaWAN 帧及时送达的系统功能。为应对此威胁，我们提出一种 $\mathsf{LoRaTS}$ 网关设计，其集成了商用 LoRaWAN 网关与低功耗软件定义无线电接收机，以跟踪终端设备的固有频率偏差。基于 LoRa 线性调频扩频调制的解析模型，我们开发了信号处理算法，以超越 LoRa 默认解调所能达到的精度来估计频率偏差。精确的频率偏差跟踪能力使得检测引入额外频率偏差的攻击成为可能。大量实验表明了我们所提方法的有效性。