引言

據(jù)億歐發(fā)布的2024智能家居研究報(bào)告顯示［1］，2023年中國(guó)智能家居市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到7558.1億元，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到10170.2億元，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的融入，推動(dòng)智能家居產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)智能家居自動(dòng)化，許多智能設(shè)備都配備了嵌入式傳感器，能夠持續(xù)地收集周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶設(shè)置執(zhí)行相應(yīng)的策略，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的智能聯(lián)動(dòng)。同時(shí)，智能家居設(shè)備可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器通信，用戶通過(guò)APP可遠(yuǎn)程查看設(shè)備的狀態(tài)信息。常見(jiàn)的短距離無(wú)線通信協(xié)議有Wi-Fi、BLE和ZigBee協(xié)議。ZigBee協(xié)議作為低成本、低功耗的無(wú)線通信協(xié)議，被廣泛地應(yīng)用于小型智能傳感器中。

大量智能傳感器設(shè)備的使用，在方便人們生活的同時(shí)，也帶來(lái)信息安全風(fēng)險(xiǎn)。智能傳感器設(shè)備持續(xù)收集、傳輸、處理環(huán)境中的用戶行為信息。一旦入侵者在房間附近部署小型傳感器，即可遠(yuǎn)程收集用戶的個(gè)人隱私數(shù)據(jù)。例如，入侵者可以在用戶周圍部署門(mén)磁傳感器，通過(guò)其狀態(tài)的變化來(lái)分析用戶的出行規(guī)律，或者在房間附近部署人體傳感器，通過(guò)人體傳感器的狀態(tài)分析來(lái)推斷家中是否有人，嚴(yán)重侵犯了用戶的個(gè)人隱私安全。

為保護(hù)用戶隱私安全，可以通過(guò)分析設(shè)備的無(wú)線流量識(shí)別周圍存在的智能傳感器，消除潛在的安全威脅。現(xiàn)有研究大多基于從家用無(wú)線路由器獲取設(shè)備流量，在互聯(lián)網(wǎng)上捕獲設(shè)備間或者設(shè)備與云服務(wù)間的IP流量來(lái)識(shí)別智能家居內(nèi)的設(shè)備信息，對(duì)用戶而言這種場(chǎng)景有一定局限性，用戶可能無(wú)法接入攻擊者所部署的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中。同時(shí)，智能網(wǎng)關(guān)在接收智能設(shè)備流量后會(huì)進(jìn)一步處理流量數(shù)據(jù)，在無(wú)線路由器中收集到的設(shè)備流量數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失一些重要的設(shè)備數(shù)據(jù)特征。此外，現(xiàn)有的ZigBee設(shè)備識(shí)別研究依賴設(shè)備流量的應(yīng)用層和鏈路層特征，由于不同廠商在同類產(chǎn)品上的運(yùn)行邏輯類似，在多設(shè)備分類場(chǎng)景下的性能不足。

為此，本文提出了一種基于雙模態(tài)融合的ZigBee設(shè)備識(shí)別方法。首先，設(shè)計(jì)了一種新的智能家居隱私安全防護(hù)場(chǎng)景，針對(duì)ZigBee協(xié)議的智能傳感器，通過(guò)無(wú)線嗅探收集環(huán)境周圍的ZigBee流量數(shù)據(jù)。然后，通過(guò)分析智能設(shè)備獨(dú)特的運(yùn)行模式，從完整ZigBee網(wǎng)絡(luò)流量中提取單個(gè)設(shè)備的流量，并利用數(shù)據(jù)的時(shí)序關(guān)系對(duì)流量進(jìn)行切分。最后，分別在文本模態(tài)和圖像模態(tài)下提取流量的多維特征，融合雙模態(tài)構(gòu)建ZigBee設(shè)備識(shí)別模型。實(shí)驗(yàn)表明，即使ZigBee流量進(jìn)行了加密，識(shí)別模型也能有效地區(qū)分出多個(gè)廠家的不同智能家居設(shè)備，設(shè)備識(shí)別的準(zhǔn)確率達(dá)到99%左右。

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作者信息：

李榮，賴怡聰，李樂(lè)言

（中國(guó)電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)研究所，廣東廣州510610）