物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)研究
發(fā)布時間：2013-04-11 新聞來源：物聯(lián)中國
物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上將各種信息傳感設(shè)備，比如射頻識別(RFID)，紅外傳感器，全球定位系統(tǒng)，激光掃描器等各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來構(gòu)成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，來進行信息的通信和交流，以實現(xiàn)對物品的識別，跟蹤，定位和管理，即“internetofthings”。它是接下來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向，具有全面感知，可靠傳遞，智能化處理的特點。所以物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)，傳感網(wǎng)，移動網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)的融合，用戶端由原來的人擴展到了任何的物與物之間都可進行通信以及信息的交換。但是隨著這些網(wǎng)絡(luò)的融合以及重新構(gòu)成的統(tǒng)一的新的網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)入侵，病毒傳播等影響安全的可能性范圍越來越大，它存在著原來多種網(wǎng)絡(luò)已有的安全問題，還具有它自己的特殊性，如隱私問題，不同網(wǎng)絡(luò)間的認(rèn)證，信息可靠傳輸，大數(shù)據(jù)處理等新的問題將會更加嚴(yán)峻。所以在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，一定要重視網(wǎng)絡(luò)安全的問題，制定統(tǒng)一規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)，建立完整的安全體系，保持健康可持續(xù)發(fā)展。
1物聯(lián)網(wǎng)的安全特性
物聯(lián)網(wǎng)按照一般標(biāo)準(zhǔn)分為三個層次：應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層，感知層。應(yīng)用層主要是計算機終端，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，進行數(shù)據(jù)的接收，分析和處理，向感知系統(tǒng)其他終端下達指令。網(wǎng)絡(luò)層是依靠現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)，移動網(wǎng)絡(luò)等將應(yīng)用層和感知層之間的通信數(shù)據(jù)進行安全可靠的傳遞，類似于人體的神經(jīng)系統(tǒng)。感知層主要包含一些無線傳感設(shè)備，RFID標(biāo)簽和讀寫器，狀態(tài)傳感器等，類似于人體的感官。雖然各層都具有針對性較強的密碼技術(shù)和安全措施，但相互獨立的安全措施不能為多層融合一起的新的龐大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解決安全問題，所以我們必須在原來的基礎(chǔ)上研究系統(tǒng)整合后帶來的新的安全問題。
應(yīng)用層支撐物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)有不同的策略，如云計算，分布式系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)處理等等都要為相應(yīng)的服務(wù)應(yīng)用建立起高效，可靠，穩(wěn)定的系統(tǒng)，這種多業(yè)務(wù)類型，多種平臺，大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都要面臨安全架構(gòu)的建立問題。
網(wǎng)絡(luò)層雖然在因特網(wǎng)的基礎(chǔ)之上有一定的安全保護能力，但在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，由于用戶端節(jié)點大量增加，信息節(jié)點也由原來的人與人之間拓展為物與物之間進行通信，數(shù)據(jù)量急劇增大，如何適應(yīng)感知信息的傳輸，以及信息的機密性，完整性和可用性如何保證，信息的隱私保護，信息的加密在多元異構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)中顯得更加困難。
感知層信息的采集，匯聚，融合，傳輸和信息安全問題，因為物聯(lián)網(wǎng)的感知網(wǎng)絡(luò)種類復(fù)雜，各個領(lǐng)域都有可能涉及，感知節(jié)點相對比較多元化，傳感器功能簡單，無法具有復(fù)雜的安全保護能力。
2感知層的安全問題
由于應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層我們相對比較熟悉，而感知層是物聯(lián)網(wǎng)中最能體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)特性的一層，信息安全保護相對比較薄弱的議程，我們了解一下感知層的安全問題。
感知層主要通過各類傳感器和設(shè)備從終端節(jié)點收集信息，用傳感器來標(biāo)識物體，可無線或遠程完成一些復(fù)雜的操作，節(jié)約人力成本。而物聯(lián)網(wǎng)中這些傳感器或設(shè)備大多安裝在一些無人監(jiān)控的地點，可以輕易接觸或被破壞，極易被干擾，甚至難以正常運行，或被不法分子進行非法控制。
比如我們在物聯(lián)網(wǎng)中常見的RFID系統(tǒng)，它主要設(shè)計用來提高效率，降低成本，由于標(biāo)簽成本的限制，也很難對起采用較強的加密方式。并且它的標(biāo)簽和閱讀器采取無線的非接觸方式，很容易受到偵聽，導(dǎo)致在數(shù)據(jù)的收集，傳輸和處理過程中都面臨嚴(yán)重的安全威脅。RFID系統(tǒng)一般部署在戶外環(huán)境，容易受到外部影響，如信號的干擾，由于目前各個頻帶的電磁波都在使用，信號之間干擾較大，有可能導(dǎo)致錯誤讀取命令，導(dǎo)致狀態(tài)混亂，閱讀器不能識別正確的標(biāo)簽信息;非法復(fù)制標(biāo)簽，冒充其它標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送信息;非法訪問，篡改標(biāo)簽的內(nèi)容，這是因為大多數(shù)標(biāo)簽為了控制成本沒有采用較強的加密機制，大多都未進行加密處理，相應(yīng)的信息容易被非法讀取，導(dǎo)致非法跟蹤甚至修改數(shù)據(jù);通過干擾射頻系統(tǒng)，進行網(wǎng)絡(luò)攻擊，影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行。
對此我們應(yīng)該采取的安全措施為：首先對標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞的信息進行認(rèn)證或加密，包括密碼認(rèn)證，數(shù)字簽名，hash鎖，雙向認(rèn)證或第三方認(rèn)證等技術(shù)，保證閱讀器對數(shù)據(jù)進行解密之前標(biāo)簽信息一直處于鎖定狀態(tài);其次要建立專用的通信協(xié)議，通過使用信道自動選擇，電磁屏蔽和信道擾碼技術(shù)，來降低干擾免受攻擊;也可通過編碼技術(shù)驗證信息的完整性提高抗干擾能力，或通過多次發(fā)送信息進行核對糾錯。
所以針對感知層的安全威脅，我們需要建立有效的密鑰管理體系，合理的安全架構(gòu)，專用的通信協(xié)議確保感知層信息的安全、可靠和穩(wěn)定。
3物聯(lián)網(wǎng)的密鑰管理技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)中的密鑰管理是實現(xiàn)信息安全的有力保障手段之一，我們要建立一個涉及多個網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一的密鑰管理體系，解決感知層密鑰的分配，更新和組播等問題。而所有這些都是建立在加密技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過加密實現(xiàn)完整性，保密性以及不可否認(rèn)性等需求。加密技術(shù)分為兩大部分：算法和密鑰。之前國際上比較成熟的算法有AES，DES等，同時他們需要強大的密鑰生成算法保證信息的安全。
目前的密鑰管理技術(shù)主要分為對稱密鑰管理和非對稱密鑰管理，對稱密鑰管理又分為預(yù)分配方式，中心方式和分組分簇方式。比較典型的有q-composite密鑰預(yù)置方法，概率密鑰預(yù)分配方法，SPINS協(xié)議，E-G方法等，相對于非對稱密鑰系統(tǒng)，它的計算復(fù)雜度明顯較低，但安全性也相對要低。非對稱密鑰管理中比較典型的就是ECC公鑰密碼體制，它的硬件實現(xiàn)簡單，在同等強度的大整數(shù)域中，它的計算和存儲復(fù)雜度有很大的優(yōu)勢，在ECC上，乘法和加法運算速度較快，但配對運算較慢。
ECC是典型的基于橢圓曲線離散對數(shù)問題，它和傳統(tǒng)的加密算法相比，具有安全性高，計算量小，處理速度快，存儲空間小，帶寬要求低的特點。因為ECC橢圓曲線上的點群離散對數(shù)計算困難性在計算時間復(fù)雜堵上目前是指數(shù)級別的，這就決定了它的抗攻擊性強度非常高。在相同資源條件下，在加密速度上ECC遠比其他加密算法快得多，因為ECC系統(tǒng)的密鑰生成速度比傳統(tǒng)的加密算法要快百倍以上，所以它的加密性能顯然更高。同時ECC的密鑰尺寸要比傳統(tǒng)的加密算法小得多，但卻具有同等的安全強度，所以意味著ECC所占的存儲空間要小很多，這對于在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中機密算法受資源環(huán)境受限的影響下的使用具有非常重要的意義。在對于比較長的消息進行加密解密時，傳統(tǒng)的算法和ECC對帶寬都有一定得要求，基本處在同一個級別，但在較短消息的加密解密時，ECC的要求就明顯底很多，所以ECC在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行應(yīng)用具有非常大的優(yōu)勢。
在物聯(lián)網(wǎng)的密鑰管理技術(shù)中，無論是對稱密鑰管理還是非對稱密鑰管理，能否進行高效運算，降低高層信息安全對各種運算的依賴，提高物聯(lián)網(wǎng)信息的安全性，并降低安全成本都是在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中需要解決的問題。
4結(jié)語
物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)對接下來物聯(lián)網(wǎng)能否在各領(lǐng)域大規(guī)模推廣起著至關(guān)重要的作用，由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中信息的多元異構(gòu)性，我們面臨的物聯(lián)網(wǎng)安全形勢將會更加嚴(yán)峻。特別是感知層的安全研究有待加強，如何建立有效的跨越多網(wǎng)的安全架構(gòu)，使我們的研究重點之一。在密鑰的管理方面，如何提高加密算法的效率，提高傳感器的性能都需要我們進行深入研究。同時我們還需要建立完善統(tǒng)一的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證機制，成熟的安全安全體系才能應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中面臨的各種挑戰(zhàn)。
作者簡介：
肖廣娣，畢業(yè)于莫斯科大學(xué)計算數(shù)學(xué)與控制系，現(xiàn)在蘇州大學(xué)任教，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全;凌云，教授，畢業(yè)于西南交通大學(xué)計算機專業(yè)，蘇州大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全。
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