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从物联网设备生命周期理解Apple Homekit框架

 楼主| 发表于 2022-5-18 14:43:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本次笔记主要基于苹果公开的HomeKit Accessory Protocol协议文档和IOS Security Guide中相关部分。
总体来讲,设备与App之间采用端到端的加密,密钥由设备和App自己协商存储,云只负责在云上维护身份并且转发消息给客户端。用户的控制分为两部分,一部分是云端控制,一部分是设备自己存储凭据控制。这个分布式的访问控制系统不可避免的存在一些同步上的瑕疵。
1. 发现与绑定
(1)使用IP地址的设备要求支持Bonjour来发现设备。Bonjour是在局域网中寻找服务的一个主要方法。这项技术广泛用于Mac OS X,允许用户不用在任何设置下建立一个网络连接。
(2)设备与App用户的绑定称为pair(配对)过程。配对的结果就是设备与App互相交换了自己生成的公钥并且存储,利用公钥来进行未来的身份认证。简要概括如下(忽略细节):
a. 设备生成(或固定)一个setup code,形如101-22-333,App需要通过某种第三方渠道(如扫设备上的二维码)获得这个码来开始配对过程。开始配对时设备要验证App发来的setup code是否正确。
b. 通过苹果厂商级认证的设备会有一个证书类似的东西,在配对开始时给App,否则App会提示设备未认证,需要用户确认风险并点击继续。
c. App和设备各生成一个公私钥对,通过密码算法进行交换,然后存储起来作为未来认证配对的依据,即这个公钥就是身份。至此与设备配对结束。
d. 设备通过某种方式映射到了iCloud中。设备、家庭、用户数据可以在iCloud中加密同步。在iCloud中用户有home的单位来管理设备和其他用户。
(3)注意:设备被绑定后(有至少一个管理员)账号后,会拒绝其他用户绑定。设备会上报自己的设备ID给App,设备ID协议中要求每次重置更新。
2. 控制
(1) 局域网控制:局域网控制利用绑定过程中商定的公钥来做身份认证,之后协商出加密密钥来保持长连接通信。
(2)远程控制:设备只与家中的Hub通信(仅apple TV、ipad可以作为hub)。利用某种机制,用户通过iCloud将要做的请求发给在家中局域网的Hub(ipad),由ipad代为操作控制设备。(产生了个疑问,主人用手机绑定了设备,手机和ipad共享的是一个私钥身份吗?)
3. 分享与取消分享
谈到分享,首先讲一下Homekit的用户管理控制。设备上存有各个用户的名字和公钥,每个用户有对应的管理员标志位。只有管理员才可以进行用户管理操作,
(1)分享:官方正常App操作流程中,(猜测)利用iCloud分享出公私钥给被分享者,同时给设备添加该公钥到用户列表中,将被分享用户添加至iCloud的home中。在有hub的情况下,主人可以将用户设置成管理员;但是在设备中并没有将该用户设置成管理员,被分享用户需要添加别的用户时,只能是在iCloud上添加,然后主人的hub代为执行添加用户的操作。所以homekit有个缺点,必须拥有hub才能将分享用户设置为管理员;同时这也保证了安全:用户App中可以通过云来管控所有的授权用户,而杜绝了被分享用户偷偷地在局域网添加与操作访问控制。
(2)取消分享:官方App中,首先会通过iCloud的home中删除被分享用户,然后再局域网通知设备让设备删除该用户的public key。但是,这两部是分开执行的,若删除用户时主人不能与设备通信,则仅会删除云中的用户,App会在跟设备再次建立连接时执行操作。也就是说这两方的删除同步上存在问题,不过安全风险很小,App会记得保留状态只要能和设备通信就删除那个用户。

4. 删除设备
主人在云端删除该设备,同时给设备发送删除自己的命令。当设备判断用户列表中没有管理员后,会删除所有的用户。
注意只有管理员才能在设备上删除用户,所以由于被分享者不是管理员,他不能从设备上删除自己。因此,被分享者删除自己其实只是退出了iCloud上的home,主人app界面中的home仍然可以看到该用户在,因为毕竟设备上的密钥还没删,其实被分享者是可以控制的。


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