LoRa设备可以通过两种主要方式接入LoRaWAN网络：OTAA（Over-The-Air Activation）和ABP（Activation By Personalization）。这两种方式各有特点，适用于不同的应用场景。
一、 LoRa的两种入网方式OTAA和ABP对比
1. OTAA（Over-The-Air Activation，空中激活）：
描述：OTAA是一种动态入网方式，设备通过与LoRaWAN网络服务器进行握手和协商，生成唯一的入网密钥和会话密钥。这些密钥用于加密和解密数据传输，确保通信安全。每次设备重启或重新入网时，都会重新生成密钥。
流程：
设备发送入网请求(Join Request)给LoRaWAN网络。
网络服务器验证设备身份后，发送加入接受消息(Join Accept)，并提供网络参数。
设备收到消息后，生成会话密钥并完成入网。
优点：
安全性高：每次入网生成新的会话密钥，提升了通信的安全性。
动态配置：可以根据网络情况自动调整参数，适应性强。
缺点：
延迟：入网过程中需要进行握手和密钥交换，可能导致一定的延迟。
复杂性：配置和管理相对复杂，可能需要更多的初始设置。
2. ABP（Activation By Personalization，个性化激活）：
描述：ABP是一种静态入网方式，设备的网络参数(如DevAddr、NwkSKey、AppSKey等)在出厂或部署时已经预先配置好，不需要通过空中激活流程。这些参数在设备生命周期内保持不变，设备可以立即连接到LoRaWAN网络，无需进行入网请求。
流程：
设备出厂或部署时，预先配置好网络参数。
设备直接使用这些参数进行数据通信，无需重新入网。
优点：
低延迟：无需握手过程，设备可以立即开始通信。
简单易用：配置简单，适合快速部署的应用场景。
缺点：
安全性较低：使用固定的密钥，存在密钥泄露风险，无法动态更新。
灵活性差：网络参数固定，无法根据网络情况动态调整。
3. 总结：
OTAA 适合对安全性要求较高、需要动态调整网络参数的应用场景，如大规模部署或环境变化频繁的物联网设备。
ABP 则更适合对部署速度要求高、对安全性和灵活性要求较低的场景，如小规模部署或固定环境的应用。
OTAA入网方式相较于ABP入网方式更为安全，特别是在需要确保数据传输安全性和防止密钥泄露的应用场景中。因此，在选择LoRa入网方式时，建议优先考虑使用OTAA方式以提高整体系统的安全性。
二、 LoRa OTAA和ABP模式的具体安全漏洞有哪些?
LoRa OTAA和ABP模式的具体安全漏洞如下：
1. OTAA模式的安全漏洞：
- 重放攻击：在OTAA模式中，加入请求包的重放攻击是一个已知的安全漏洞。
- 网络服务器与应用服务器之间的比特翻转攻击：这种攻击发生在网络服务器和应用服务器之间，可能影响数据的完整性和准确性。
- ACK欺骗：ACK(确认)消息的欺骗也是OTAA模式中的一个潜在安全威胁。
2. ABP模式的安全漏洞：
- 固定密钥导致的安全风险：由于ABP模式使用固定的密钥，如果设备丢失或被盗，其密钥无法更改，从而增加了被恶意利用的风险。
- 数据包重放攻击：在ABP模式下，数据包的重放攻击是常见的安全问题。
- 数据包窃听：在ABP模式中，数据包的窃听也是一个显著的安全漏洞。
- 高级加密标准计数模式下的漏洞：虽然具体细节未详细说明，但文献提到需要针对某些特定漏洞采取防范措施。
OTAA模式虽然被认为是最安全的激活方法，但仍存在一些如重放、比特翻转和ACK欺骗等漏洞。而ABP模式则因为使用固定密钥，在设备丢失或被盗后面临更大的安全风险，并且也容易受到数据包重放和窃听等攻击。
三、 LoRa OTAA与ABP在实际应用中的性能和安全性
在评估LoRa OTAA与ABP在实际应用中的性能和安全性时，需要从多个方面进行分析。
1. 性能比较
入网流程复杂度：
OTAA(Over-The-Air Activation)的终端入网流程相对比较复杂，因为它需要执行一次完整的入网过程，包括动态生成密钥和地址。
ABP(Activation By Personalization)则简化了入网流程，因为它的密钥在出厂时已经配置好，终端只需通过个性化信息激活即可。这使得ABP在某些场景下更为高效和便捷。
能耗管理：
ABP方式可以实现上电休眠节能，适合对能耗要求较高的应用。
相比之下，OTAA方式在每次通信前都需要重新协商密钥和地址，可能会增加一定的能耗。
2. 安全性比较
密钥管理：
OTAA方式的安全性更高，因为其密钥是在空中握手的时候生成，并且可以定期更新。这种方式提供了更高的安全保障，能够有效防止被攻击者窃取或重放加密数据。
ABP方式的密钥是固定配置的，在整个设备生命周期内不会改变，因此无法动态更新密钥，安全性较低。
端到端加密和认证：
LoRa技术具备端到端加密、双向认证和完整性保护等特性，这些特性在OTAA方式中得到了更好的利用，从而增强了整体的安全性。
ABP方式由于密钥固定，虽然也支持基本的加密和认证，但在动态更新和灵活性上不如OTAA。
应用场景适应性：
对于需要高安全性的应用，如金融支付、智能电网等，推荐使用OTAA方式。
而对于一些对能耗要求较高且对安全性要求不是特别高的应用，如环境监测、农业传感等，ABP方式可能更加合适。
3. 结论
总体而言，OTAA方式在安全性方面具有明显优势，特别是在需要动态更新密钥和地址的场景下。然而，在某些特定的应用场景中，如对能耗有严格要求的设备，ABP方式则显得更为高效和实用。
四、 LoRa OTAA激活流程中，如何有效防止密钥泄露和保护设备
在LoRa OTAA激活流程中，为了有效防止密钥泄露和保护设备安全，可以采取以下措施：
- 采用预共享密钥和对称密钥加密：在设备注册和启动过程中，需要确保密钥的安全分发。通过使用预共享密钥和对称密钥加密等方式，可以有效地防止密钥泄露。
- 建立健全的密钥管理机制：定期更换密钥，以防止由于密钥长期未更新而引发的安全问题。这有助于减少攻击者利用旧密钥进行非法访问的风险。
- 加强密钥加密和分发机制：实施严格的报文认证，限制设备发送速率，并强化终端硬件及软件保护。这些措施可以进一步增强系统的整体安全性。
- 加密存储和访问控制：设备端和网络服务器都需要采取相应的安全措施，如加密存储和访问控制，确保密钥不被轻易获取或泄露。
- 实施多层防护策略：除了密钥管理外，还需要从报文认证、流量控制以及终端安全等多个方面入手，加强研究和防护措施的建设，从而全面保障LoRa技术的安全性。
- 物理层加密和入网方式：在数据传输层面提供AES-128位加密算法对数据进行加密，并在物理层面上进行加密，同时在设备入网时也采取了相应的安全措施，确保只有授权的设备才能解密和访问数据。
五、 在LoRaWAN中，针对OTAA和ABP的安全最佳实践
在LoRaWAN中，针对OTAA(Over-The-Air Activation)和ABP(Activation By Personalization)的安全最佳实践有以下几点：
1. OTAA的最佳实践
使用独立的随机数发生器：
确保伪随机数发生器的“种子”值不会泄露。这是为了防止攻击者通过预测或重放攻击来获取设备的会话密钥。
保护网络会话密钥和应用会话密钥：
在OTAA流程完成之后，节点生成的网络会话密钥(NwkSKey)和应用会话密钥(AppSKey)需要保存在节点模组中，并且不要通过AT指令集或其他MCU间通信协议在UART/SPI等接口上明文传输这些密钥。
加密和完整性保护：
LoRaWAN提供了加密和完整性保护MIC(Message Integrity Check)，以确保数据传输的安全性和可靠性。
2. ABP的最佳实践
避免使用ABP模式：
原则上，ABP模式在安全性上弱于OTAA模式，因此并不推荐节点用ABP模式进行入网。
预配置和存储关键信息：
ABP模式下，终端设备不需要运行加入程序，其个别细节包括DevAddr、NwkSKey和AppSKey会话密钥是预先配置并存储在终端设备中的。这些信息也需要与LoRaWAN网络服务器注册。
保护LoRaWAN网关：
对于生产部署，预期LoRaWAN网关应保护LoRaWAN流量和网络管理及操作的回传链路。这可以通过传统的VPN和IPsec实现。
3. 总结
虽然ABP模式适用于快速部署或频繁更换设备场景，但由于其较低的安全性，通常不被推荐使用。相反，OTAA模式由于其更高的安全性和可靠性，更适合需要严格安全措施的应用场景。
六、 针对LoRa OTAA和ABP的安全威胁，业界目前有哪些解决方案
针对LoRa OTAA和ABP的安全威胁，业界目前采取了多种解决方案和改进措施。这些措施主要集中在以下几个方面：
1. 加密算法的应用：
使用对称加密来保护数据的保密性和完整性。
使用加密算法对LoRa通信进行保护，确保数据传输的安全性。
2. 密钥管理：
定期更新主密钥以防止加密密钥被破解。
提供安全的密钥配置，如CryptoAuthentication™ 设备和托管的LoRa加入服务器，使开发人员能够部署安全连接应用程序。
3. 数据包验证和防护：
LoRaWAN 1.1版本改进了数据包伪造防护，尽管仍存在风险。
使用消息身份码(MIC)来验证数据包的真实性，并通过暴力破解MIC来防止数据包伪造。
4. 物理安全策略：
确保设备标签被移除并更改出厂默认设置，以防止通过物理访问节点、网关或服务器入侵设备。
5. 网络架构改进：
对原有LoRa网关及网络架构进行改进，设计全新的工作流程，提出从物理层实现LoRa网络安全的方案。
6. 多天线系统和其他技术：
使用多天线系统、Successive Interference Cancellation(SIC)等方法来解决碰撞和干扰问题，从而提高网络性能。
7. 基于射频指纹的方案：
提出基于射频指纹的LoRa网络安全方案，从物理层实现更高级别的安全保护。
8. LoRa联盟：
LoRa联盟在LoRaWAN规范的开发过程中始终将安全放在首位，并且对协议的安全功能高度透明。
