前言
通过OTAA方式入网的设备，通讯时使用的KEY需要通过服务器获得，在入网之间，设备无法通讯。
相关的OTAA入网流程已经在上一章中讲解过了，有兴趣的可以去看看LoRaWAN协议(五)__OTAA入网方式详述
这一章讲解的是OTAA中的密钥生成过程。
其中使用到的库函数都是从semtech的官方库中来的,官方库代码链接:LoRaMac-node。
详解
设备在通讯时，会使用的密钥有NwkSKey 和AppSKey。
生成的公式如下:
- NwkSKey = aes128_encrypt(AppKey, 0x01 | AppNonce | NetID | DevNonce | pad16)
- AppSKey = aes128_encrypt(AppKey, 0x02 | AppNonce | NetID | DevNonce | pad16)
可以看到相关的参数一共有四个：
1.AppNonce
2.NetID
3.DevNonce
4.pad16
其中AppNonce、NetID、pad16 是产生于服务器的，DevNonce产生于node设备本身。
还是使用LoRaWAN协议(五)这篇文章中使用的包数据来进行分析。
这里，我们调用官方库的接口,因为我们这里只是熟悉协议，并不是要研究Key的生成算法。
如果不明白数据协议的，可以去看LoRaWAN协议(五)这篇文章
提取DevNonce
1.GW->NS JSON包，从中提取出来DevNonce，
{
"rxpk": [
{
"tmst": 532505620,
"chan": 6,
"rfch": 0,
"freq": 471.9,
"stat": 1,
"modu": "LORA",
"datr": "SF12BW125",
"codr": "4/5",
"lsnr": -17,
"rssi": -81,
"size": 23,
"data": "AAEAACAAxSYsFhAWIAB3SgBUe0At4Zo="
}
]
}
data为MAC层数据，为join_request message,其数据包格式为
| MHDR | APPEUI | DevEUI | DevNonce | MIC |
|---|---|---|---|---|
| 1字节 | 8字节 | 8字节 | 2字节 | 4字节 |
base64解码:
x00 x01 x00 x00 x20 x00 xc5 x26
x2c x16 x10 x16 x20 x00 x77 x4a
x00 x54 x7b x40 x2d xe1 x9a
得到的数据:
| 字段 | 内容 |
|---|---|
| MHDR | x00 |
| AppEUI | x01 x00 x00 x20 x00 xc5 x26 x2c |
| DevEUI | x16 x10 x16 x20 x00 x77 x4a x00 |
| DevNonce | x54 x7b |
| MIC | x40 x2d xe1 x9a |
可以得到DevNonce的值为0x7b54
提取AppNonce、NetID、CFList
2.NS->GW JSON包,其中txpk.data为包含了MAC层数据内容
{
"txpk": {
"tmst": 537505620,
"freq": 471.9,
"rfch": 0,
"powe": 14,
"modu": "LORA",
"datr": "SF12BW125",
"codr": "4/5",
"ipol": true,
"size": 17,
"data": "IPqAKXQ7LS/CmYVCDy8K3k4"
}
}
data base64 decode:
x20 xfa x80 x29 x74 x3b x2d x2f
xc2 x99 x85 x42 x0f x2f x0a xde
x4e
根据LoRaWAN specification 可知，join_accept message的格式如下:
| MHDR | AppNonce | NetID | DevAddr | DLSettings | RxDelay | CFList(pad16) | MIC |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1字节 | 3字节 | 3字节 | 4字节 | 1字节 | 1字节 | 0/16字节 | 4字节 |
但是这个数据是加密的，需要使用AppKey进行解密
所以，我们需要先使用AppKey解密join_accept message
payload为join_accept message，此处为
x20 xfa x80 x29 x74 x3b x2d x2f
xc2 x99 x85 x42 x0f x2f x0a xde
x4e
解密之后的数据存放在LoRaMacRxPayload数组中。
uint8_t LoRaMacAppKey[] = {0x2B, 0x7E, 0x15, 0x16, 0x28, 0xAE, 0xD2, 0xA6, 0xAB, 0xF7, 0x15, 0x88, 0x09, 0xCF, 0x4F, 0x3C};
LoRaMacJoinDecrypt( payload + 1, size - 1, LoRaMacAppKey, LoRaMacRxPayload + 1 );
LoRaMacRxPayload[0] = payload[0];
可以得到解析之后的数组
0x20 0x43 0x75 0xcb 0x24 0x0 0x0 0x2
0x0 0x0 0x48 0x3 0x0 0x82 0xc9 0xd0
0xf9
| 字段 | 解密前 | 解密后 |
|---|---|---|
| MHDR | x20 | x20 |
| AppNonce | xfa x80 x29 | x43 x75 xcb |
| NetID | x74 x3b x2d | x24 x0 x0 |
| DevAddr | x2f xc2 x99 x85 | x2 x0 x0 x48 |
| DLSettings | x42 | x3 |
| RxDelay | x0f | x0 |
| CFList(pad16) | ||
| MIC | x2f x0a xde x4e | x82 xc9 xd0 xf9 |
根据协议，我们可以得到:
AppNonce:x43 x75 xcb
NetID:x24 x0 x0
DevNonce:0x7b54
pad16:没有
至此，我们就具备生成密钥的所有参数了
产生AppSKey 和 NwkSKey
最后，我们再调用
LoRaMacJoinComputeSKeys( LoRaMacAppKey, LoRaMacRxPayload + 1, LoRaMacDevNonce, LoRaMacNwkSKey, LoRaMacAppSKey );
就可以生成AppSKey和NwkSKey了。
得到的NwkSKey为
0xde 0x3 0x33 0x1a 0xeb 0x42 0x54 0xe9
0x72 0x7b 0x6f 0xaf 0xbf 0x13 0xdb 0x3d
得到的AppSKey为
0xe0 0x46 0x9e 0x44 0x9c 0x57 0x47 0x8c
0xbe 0xa7 0x25 0xda 0x84 0xf0 0x13 0x97
对比之间抓包的AS->NS的入网信息
AS->NS 发送入网信息,可以知道，生成的密码是正确的了。
{
"join": {
"moteeui": "4a770020161016",
"complete": {
"frame": "IPqAKXQ7LS/CmYVCDy8K3k4",
"networkkey": "de03331aeb4254e9727b6fafbf13db3d"
}
}
}
当然最好是进行实际负载的验证，我也写了两个小程序进行了验证，证明了这两个Key确实是正确的。
两个小程序的链接:
至此，我所知的OTAA入网方面的协议就完了。
**如果本文有什么错误，或者对LoRaWAN有什么不理解的，欢迎联系我，邮箱(454626653@qq.com),在左边也有链接，谢谢大家。
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