将UWB无线技术应用于安全和自动化

已有数十年历史的超宽带技术在安全访问及其他领域迎来复兴

超宽带（UWB）技术拥有悠久的历史，与蓝牙和Wi-Fi一样，它是一种使用无线电波进行通信的无线技术。UWB通过在非常高的频率下运行并利用宽频谱，相较于其他无线技术，在准确性、无线连接的稳定性和安全性方面具有优势。

可以将UWB视为一种雷达技术，它能够连续扫描整个房间，并像激光束一样精确锁定物体，以确定其位置并传输数据。

如今，UWB的用例提供了独特的功能，为用户带来引人注目的新体验。在连接设备方面，UWB被广泛应用，具有三个主要的用例类别。

免提访问控制

安全访问技术被用于保护各种环境，包括高度安全的实验室和公司工作区，以及私人住宅和车库等场所。

传统的访问控制设置要求用户执行多个步骤，如在键盘上输入代码、将手指放置在扫描仪上、在阅读器上轻轻敲击等，以打开门并进入安全区域。

然而，通过使用UWB，用户只需向门靠近即可自动打开，或者离开门后自动锁定。基于UWB的解决方案可以实时跟踪人员的进出，验证其安全凭证，并且无需停留即可进行通行。

这种基于UWB的免提访问控制技术将大大简化用户的操作，并提供更高的便利性和安全性。无论是进入办公室、住宅还是其他受限区域，用户都能够更快速以及更直接地进行安全访问。

基于位置的服务

通过基于位置的服务，UWB 为室内环境带来了高精度的定位功能，使其更容易在机场和购物中心等大空间中导航，并为在多层停车场中寻找汽车提供帮助，同时在医疗保健环境中，UWB 也可用于定位患者和资产。

设备到设备服务

通过设备到设备服务，两个支持 UWB 的设备共享相对测距和定位数据以相互定位。

这使得两个拥有手机的人可以通过将手机指向对方来精确定位彼此或传输文件，而在智能家居中，联网设备和电器也可以自动响应人的存在。

当有人进入房间时，灯可以打开，恒温器可以设置为首选温度，并且最喜欢的播放列表可以开始在音频系统上流式传输。

超宽带的独特脉冲信号

UWB 的一个重要特征是脉冲可以抵抗一个常见的困难，即多径效应。

当无线电信号由于靠近主要信号路径的自然或人造物体引起的反射和/或折射而通过多条路径到达接收器时，就会发生这种情况。

对多径效应的免疫提高了定位精度，尤其是与更易受影响的替代技术相比时，即使同时使用多个 UWB 系统，对窄带衰落和干扰的抵抗也有助于使 UWB 成为一种非常强大的技术选择。

预防中继攻击

有报告统计称在 2019 年，92% 的被盗和追回的车辆都是在没有使用车主钥匙的情况下被取走的。

对于汽车盗窃，最常见的安全故障之一是“中继攻击”。汽车窃贼发现，使用测距技术检测驾驶员接近的被动无钥匙进入系统容易受到中继攻击，事实上，中继攻击现在是锁定在车道上的汽车的首选方法。

攻击通过诱使汽车认为钥匙和它的主人就在附近而起作用，设置需要两个人，每个人都有一个黑客设备。

第一个站在汽车附近，并使用他们的设备将信号从汽车传递给第二个小偷。

第二个小偷站在房子附近，手里拿着一个设备，可以将来自汽车的中继信号传输到房子里。

钥匙位于屋内某处，接收来自汽车的信号并正常响应，响应被转发回汽车，使系统误以为车主就在附近并允许进入车辆，第二个继电器启动点火。

中继攻击之所以有效，是因为当前用于测量钥匙和汽车之间距离的测距技术依赖于信号强度，信号弱意味着钥匙在远处，信号强意味着钥匙在附近。

在中继攻击中，用于解锁车门和启动汽车的合法无线信号被拦截和放大，即使钥匙实际上不在汽车附近，也会导致车门打开并启动电机。

借助 UWB 技术，可以使用快速测量来非常精确地确定距离，因此汽车无需做出假设。

任何拦截和发送 UWB 信号的尝试，就像在中继攻击中一样，只会延迟响应设备的确认信号的到达，从而使基于 UWB 的锁定和点火清楚地知道响应设备实际上更远，而不是更近。

使用 UWB，汽车的假设被确定性取代，这使得被动无钥匙进入系统更加安全。

提高超宽带的安全性

IEEE 802.15.4z HRP UWB PHY 将加扰时间戳 (STS) 字段添加到数据包中。

这个想法是通过向 PHY 数据包添加加密密钥和数字随机性来防止与 ToF 相关的数据可访问或可预测，这有助于对抗各种外部攻击，包括上面提到的那些使用原始 UWB PHY 的确定性和可预测性来操纵距离读数的攻击，更新后的方法提供了针对蛮力攻击的最佳保护，该攻击还旨在操纵距离测量。

STS 字段由一组伪随机二进制相移键控 (BPSK) 调制脉冲组成， BPSK 调制序列的伪随机性由密码安全的伪随机数发生器确保，由于序列的伪随机性，没有周期性，因此允许接收器产生可靠、高度准确和无伪影的信道延迟估计。

为了对 STS 进行有效解码，接收器需要在接收开始之前在本地获得序列的副本，满足这一要求是更高层 STS 种子管理的责任，这种管理现在属于其他建立在 IEEE 规范之上的行业组织的范围内。

IEEE 802.15.4z 修正案为传统 UWB 无线电的所有已知攻击增加了 PHY 级保护，从安全角度来看，UWB 更加稳健，更不易受到攻击。

UWB未来可期

作为一项拥有近 60 年历史的技术，UWB 已准备好进入下一阶段的发展。目前，UWB 是唯一一种商业上可用的无线技术，可提供高精度和高精度的定位和精细测距测量，同时还支持高级安全性以保护访问凭证和数据通信。

UWB 独特的信号特性组合——易于识别、抗噪声和反射、与其他信号分离——使其成为测量距离的绝佳选择，其对高级安全性的支持使其非常适合安全访问应用和定位——基于服务。

UWB 并不是新事物，但以目前的形式，作为一种安全的精细测距技术，它已经找到了新的意义。

UWB 独特的精度和保护组合很可能成为各种安全访问和定位服务的基础，特别是，UWB 通过推动免提访问、基于位置的服务、支付、识别和设备到设备交互的融合，为移动设备中的安全交易带来了希望。

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