障礙物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的安全隱患及其解決措施

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、Internet之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。在高歌猛進的同時，物聯(lián)網(wǎng)背后隱藏的安全危機正日漸顯現(xiàn)。同TCP/IP網(wǎng)絡一樣,物聯(lián)網(wǎng)同樣面臨網(wǎng)絡的可管、可控以及服務質(zhì)量等一系列問題，并且有過之而無不及。如果這些問題不能得到很好的解決，或者說沒有很好的解決辦法，將會在很大程度上制約物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展。因為網(wǎng)絡是存在安全隱患的，更何況分布隨機的傳感網(wǎng)絡、無處不在的無線網(wǎng)絡，更是為各種網(wǎng)絡攻擊提供了廣闊的土壤，安全隱患更加嚴峻，如果處理不好，整個國家的經(jīng)濟和安全都將面臨威脅。

物聯(lián)網(wǎng)的“網(wǎng)”

物聯(lián)網(wǎng)是TCP/IP網(wǎng)絡的延續(xù)和擴展，將網(wǎng)絡的用戶端延伸和擴展到任何物與物之間，是一種新型的信息傳輸和交換形態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)時代又稱為后IP時代。目前，學術界公認“物聯(lián)網(wǎng)是一個由感知層、網(wǎng)絡層和應用層共同構成的大規(guī)模信息系統(tǒng)”，其核心結構主要包括：感知層，如智能卡、RFID電子標簽、傳感器網(wǎng)絡等，其主要作用是采集各種信息；網(wǎng)絡層，如三網(wǎng)融合的計算機、Internet、無線網(wǎng)絡、固網(wǎng)等,nbsp;其主要作用是負責信息交換和通信；應用層，主要負責信息的分析處理、控制決策，以便實現(xiàn)用戶定制的智能化應用和服務，從而最終實現(xiàn)物與物、人與物的相聯(lián)，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internetnbsp;ofnbsp;things”。

物聯(lián)網(wǎng)感知層的關鍵技術包括RFID技術、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、傳感網(wǎng)技術等，這些技術是智能信息傳感設備的技術基礎。網(wǎng)絡及管理層的關鍵技術包括云計算、4G技術、SOA等。安置在動物、植物、機器和物品上的電子智能介質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)字信號可隨時隨地通過無線網(wǎng)絡傳送信息，云計算技術的運用，使數(shù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理成為可能。從物聯(lián)網(wǎng)的體系結構而言，物聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)的是融合，而不論它的基礎架構是采用無線傳感網(wǎng)絡還是什么別的網(wǎng)絡基礎設施。

物聯(lián)網(wǎng)的真正價值在于網(wǎng)，而不在于物。因為在于網(wǎng)，所以復雜。目前物聯(lián)網(wǎng)感知層的技術相對比較成熟，在各行各業(yè)已有比較成功的應用，但是如果感知的信息沒有一個龐大的網(wǎng)絡體系對它們進行管理和整合，就談不上深入的應用，這樣的網(wǎng)絡就沒有意義。要構建一個這樣的堪稱復雜巨系統(tǒng)的網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)業(yè)務的綜合管理、信息的融合析取及分門別類、數(shù)據(jù)的有指導性的傳輸和交互等等，它的復雜性、艱難性是可想而知的。

物聯(lián)網(wǎng)的安全威脅

　　物聯(lián)網(wǎng)面臨哪些重要的安全威脅？與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)面臨的安全威脅有哪些不同？對這個問題的討論，我們以感知層是傳感網(wǎng)、RFID為例進行展開。

　　首先，傳感網(wǎng)絡是一個存在嚴重不確定性因素的環(huán)境。廣泛存在的傳感智能節(jié)點本質(zhì)上就是監(jiān)測和控制網(wǎng)絡上的各種設備，它們監(jiān)測網(wǎng)絡的不同內(nèi)容、提供各種不同格式的事件數(shù)據(jù)來表征網(wǎng)絡系統(tǒng)當前的狀態(tài)。然而，這些傳感智能節(jié)點又是一個外來入侵的最佳場所。從這個角度而言，物聯(lián)網(wǎng)感知層的數(shù)據(jù)非常復雜，數(shù)據(jù)間存在著頻繁的沖突與合作，具有很強的冗余性和互補性，且是海量數(shù)據(jù)。它具有很強的實時性特征,同時又是多源異構型數(shù)據(jù)。因此，相對于傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡技術而言，所有的網(wǎng)絡監(jiān)控措施、防御技術不僅面臨更復雜結構的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，同時又有更高的實時性要求，在網(wǎng)絡技術、網(wǎng)絡安全和其他相關學科領域面前都將是一個新的課題、新的挑戰(zhàn)。

　　其次，當物聯(lián)網(wǎng)感知層主要采用RFID技術時，嵌入了RFID芯片的物品不僅能方便地被物品主人所感知，同時其他人也能進行感知。特別是當這種被感知的信息通過無線網(wǎng)絡平臺進行傳輸時，信息的安全性相當脆弱。如何在感知、傳輸、應用過程中提供一套強大的安全體系作保障，是一個難題。

　　同樣，在物聯(lián)網(wǎng)的傳輸層和應用層也存在一系列的安全隱患，亟待出現(xiàn)相對應的、高效的安全防范策略和技術。只是在這兩層可以借鑒TCP/IP網(wǎng)絡已有技術的地方比較多一些，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡對抗相互交叉。

　　總之，物聯(lián)網(wǎng)的安全必須引起各階層的高度重視。

　　從物聯(lián)網(wǎng)的體系結構而言，物聯(lián)網(wǎng)除了面對傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡和移動通信網(wǎng)絡等傳統(tǒng)網(wǎng)絡安全問題之外，還存在著大量自身的特殊安全問題，并且這些特殊性大多來自感知層。我們認為物聯(lián)網(wǎng)的感知層面臨的主要威脅有以下幾方面：

　　1．安全隱私

　　如射頻識別技術被用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時，RFID標簽被嵌入任何物品中，比如人們的日常生活用品中，而用品的擁有者不一定能覺察，從而導致用品的擁有者不受控制地被掃描、定位和追蹤，這不僅涉及到技術問題，而且還將涉及到法律問題。

　　2．智能感知節(jié)點的自身安全問題

　　即物聯(lián)網(wǎng)機器/感知節(jié)點的本地安全問題。由于物聯(lián)網(wǎng)的應用可以取代人來完成一些復雜、危險和機械的工作，所以物聯(lián)網(wǎng)機器/感知節(jié)點多數(shù)部署在無人監(jiān)控的場景中。那么攻擊者就可以輕易地接觸到這些設備，從而對它們造成破壞，甚至通過本地操作更換機器的軟硬件。

　　3．假冒攻擊

　　由于智能傳感終端、RFID電子標簽相對于傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡而言是“裸露”在攻擊者的眼皮底下的，再加上傳輸平臺是在一定范圍內(nèi)“暴露”在空中的，“竄擾”在傳感網(wǎng)絡領域顯得非常頻繁、并且容易。所以，傳感器網(wǎng)絡中的假冒攻擊是一種主動攻擊形式,它極大地威脅著傳感器節(jié)點間的協(xié)同工作。

　　4．數(shù)據(jù)驅(qū)動攻擊

　　數(shù)據(jù)驅(qū)動攻擊是通過向某個程序或應用發(fā)送數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生非預期結果的攻擊，通常為攻擊者提供訪問目標系統(tǒng)的權限。數(shù)據(jù)驅(qū)動攻擊分為緩沖區(qū)溢出攻擊、格式化字符串攻擊、輸入驗證攻擊、同步漏洞攻擊、信任漏洞攻擊等。通常向傳感網(wǎng)絡中的匯聚節(jié)點實施緩沖區(qū)溢出攻擊是非常容易的。

　　5．惡意代碼攻擊

　　惡意程序在無線網(wǎng)絡環(huán)境和傳感網(wǎng)絡環(huán)境中有無窮多的入口。一旦入侵成功，之后通過網(wǎng)絡傳播就變得非常容易。它的傳播性、隱蔽性、破壞性等相比TCP/IP網(wǎng)絡而言更加難以防范，如類似于蠕蟲這樣的惡意代碼，本身又不需要寄生文件，在這樣的環(huán)境中檢測和清除這樣的惡意代碼將很困難。

　　6．拒絕服務

　　這種攻擊方式多數(shù)會發(fā)生在感知層安全與核心網(wǎng)絡的銜接之處。由于物聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點數(shù)量龐大，且以集群方式存在，因此在數(shù)據(jù)傳播時，大量節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸需求會導致網(wǎng)絡擁塞，產(chǎn)生拒絕服務攻擊。

　　7．物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的安全問題

　　由于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點無人值守，并且有可能是動態(tài)的，所以如何對物聯(lián)網(wǎng)設備進行遠程簽約信息和業(yè)務信息配置就成了難題。另外，現(xiàn)有通信網(wǎng)絡的安全架構都是從人與人之間的通信需求出發(fā)的，不一定適合以機器與機器之間的通信為需求的物聯(lián)網(wǎng)絡。使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡安全機制會割裂物聯(lián)網(wǎng)機器間的邏輯關系。

　　8．信息安全問題

　感知節(jié)點通常情況下功能單一、能量有限，使得它們無法擁有復雜的安全保護能力，而感知層的網(wǎng)絡節(jié)點多種多樣，所采集的數(shù)據(jù)、傳輸?shù)男畔⒑拖⒁矝]有特定的標準，所以無法提供統(tǒng)一的安全保護體系。

　　9．傳輸層和應用層的安全隱患

　　在物聯(lián)網(wǎng)絡的傳輸層和應用層將面臨現(xiàn)有TCP/IP網(wǎng)絡的所有安全問題，同時還因為物聯(lián)網(wǎng)在感知層所采集的數(shù)據(jù)格式多樣，來自各種各樣感知節(jié)點的數(shù)據(jù)是海量的、并且是多源異構數(shù)據(jù)，帶來的網(wǎng)絡安全問題將更加復雜。

　　打響安全保衛(wèi)戰(zhàn)

　　由于國家和地方政府的推動，當前物聯(lián)網(wǎng)正在加速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的安全需求日益迫切。理順物聯(lián)網(wǎng)的體系結構、明確物聯(lián)網(wǎng)中的特殊安全需求，考慮怎么樣用現(xiàn)有機制和技術手段來解決面物聯(lián)網(wǎng)臨的安全問題，是目前當務之急。

　　由于物聯(lián)網(wǎng)必須兼容和繼承現(xiàn)有的TCP/IP網(wǎng)絡、無線移動網(wǎng)絡等，因此現(xiàn)有網(wǎng)絡安全體系中的大部分機制仍然可以適用于物聯(lián)網(wǎng)，并能夠提供一定的安全性，如認證機制、加密機制等。但是還需要根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特征對安全機制進行調(diào)整和補充。

　　可以認為，物聯(lián)網(wǎng)的安全問題同樣也要走“分而治之”、分層解決的路子。傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡針對網(wǎng)絡中的不同層都有相應的安全措施和對應方法，這套比較完整的方法，不能原樣照搬到物聯(lián)網(wǎng)領域，而要根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的體系結構和特殊性進行調(diào)整。物聯(lián)網(wǎng)感知層、感知層與主干網(wǎng)絡接口以下的部分的安全防御技術主要依賴于傳統(tǒng)的信息安全的知識。

　　1．物聯(lián)網(wǎng)中的加密機制

　　密碼編碼學是保障信息安全的基礎。在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡中加密的應用通常有兩種形式：點到點加密和端到端加密。從目前學術界所公認的物聯(lián)網(wǎng)基礎架構來看，不論是點點加密還是端端加密，實現(xiàn)起來都有困難，因為在感知層的節(jié)點上要運行一個加密/解密程序不僅需要存儲開銷、高速的CPU，而且還要消耗節(jié)點的能量。因此，在物聯(lián)網(wǎng)中實現(xiàn)加密機制原則上有可能，但是技術實施上難度大。

　　2．節(jié)點的認證機制

　　認證機制是指通信的數(shù)據(jù)接收方能夠確認數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實身份，以及數(shù)據(jù)在傳送過程中是否遭到篡改。從物聯(lián)網(wǎng)的體系結構來看，感知層的認證機制非常有必要。身份認證是確保節(jié)點的身份信息，加密機制通過對數(shù)據(jù)進行編碼來保證數(shù)據(jù)的機密性,以防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被竊取。

　　PKI是利用公鑰理論和技術建立的提供信息安全服務的基礎設施，是解決信息的真實性、完整性、機密性和不可否認性這一系列問題的技術基礎，是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下保障信息安全的重要方案。

　　3．訪問控制技術

　　訪問控制在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下被賦予了新的內(nèi)涵，從TCP/IP網(wǎng)絡中主要給“人”進行訪問授權、變成了給機器進行訪問授權，有限制的分配、交互共享數(shù)據(jù)，在機器與機器之間將變得更加復雜。

　　4．態(tài)勢分析及其他

　　網(wǎng)絡態(tài)勢感知與評估技術是對當前和未來一段時間內(nèi)的網(wǎng)絡運行狀態(tài)進行定量和定性的評價、實時監(jiān)測和預警的一種新的網(wǎng)絡安全監(jiān)控技術。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡態(tài)勢感知與評估的有關理論和技術還是一個正在開展的研究領域。

　　深入研究這一領域的科學問題，從理論到實踐意義上來講都非常值得期待，因為同傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡相比，傳感網(wǎng)絡領域的態(tài)勢感知與評估被賦予了新的研究內(nèi)涵，不僅僅是網(wǎng)絡安全單一方面的問題，還涉及到傳感網(wǎng)絡體系結構的本身問題，如傳感智能節(jié)點的能量存儲問題、節(jié)點布局過程中的傳輸延遲問題、匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)流量問題等。這些網(wǎng)絡本身的因素對于傳感網(wǎng)絡的正常運行都是致命的。所以，在傳感網(wǎng)絡領域中態(tài)勢感知與評估已經(jīng)超越了IP網(wǎng)絡中單純的網(wǎng)絡安全的意義，已經(jīng)從網(wǎng)絡安全延伸到了網(wǎng)絡正常運行狀態(tài)的監(jiān)控；另外，傳感網(wǎng)絡結構更加復雜，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)是多源的、異構的，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)具有很強的互補性和冗余性，具有很強的實時性。

　　在同時考慮外來入侵的前提下，需要對傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行深入的數(shù)據(jù)挖掘分析、從數(shù)據(jù)中找出統(tǒng)計規(guī)律性。通過建立傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)析取的各種數(shù)學模型，進行規(guī)則挖掘和融合、推理、歸納等，提出能客觀、全面地對大規(guī)模傳感網(wǎng)絡正常運行做態(tài)勢評估的指標，為傳感網(wǎng)絡的安全運行提供分析報警等措施。