物聯網環境下的信息安全

牛鵬飛 李溫慧 趙子錦 張博侖 牛帥

摘要：物聯網是一種虛擬網絡與現實世界實時交互的新型系統，其無處不在的數據感知、以無線為主的信息傳輸、智能化的信息處理，一方而固然有利于提高社會效率，另一方面也會引起大眾對信息安全和隱私保護問題的關注。

關鍵詞：安全框架;技術分析;信息安全

1物聯網安全性概述

物聯網既具有各種傳統網絡的安全問題，又存在著一些與自身技術標準特性相關的特殊安全問題。從物聯網的信息處理過程來看，感知信息經過采集、匯聚、融合、傳輸、決策與控制等過程，整個信息處理的過程體現了物聯網安全的特性要求，也揭示了所面臨的安全問題。物聯網特殊的安全問題主要存在以下問題：

一是處于感知層次中各種感知設備的本地安全問題。由于物聯網的應用可以取代人來完成一些復雜、危險和機械的工作，所以物聯網內感知設備多數部署在無人監控的場合。那么攻擊者就可以輕易地接觸到這些設備，從而造成破壞，甚至通過本地操作更換機器的軟硬件。

二是傳輸層的數據傳輸與信息安全問題。感知設備通常情況下功能簡單、攜帶能量少，使得它們無法擁有復雜的安全保護能力，而感知網絡多種多樣，它們的數據傳輸和消息沒有特定的標準，無法提供統一的安全保護體系。

三是物聯網支撐層的數據傳輸與信息安全問題。支撐層具有相當完整的安全保護能力，但是由于物聯網中節點數量龐大，且以集群方式存在，因此會導致在數據傳輸時，由于大量機器數據發送使網絡擁塞，產生拒絕服務攻擊。此外，現有通信網絡安全的安全架構都是從人通信角度設計的，并不完全適用于機器的通信。使用現有安全機制會割裂物聯網機器間的邏輯關系。

2物聯網的安全架構

物聯網主要由感知層、傳輸層、支撐層、應用層組成。感知層通過各種傳感器節點獲取各類數據，包括物體屬性、環境狀態、行為狀態等動態和靜態信息，通過傳感器網絡或射頻閱讀器等網絡和設備實現數據在感知層的匯聚和傳輸;傳輸層主要通過移動通信網、衛星網、互聯網等網絡基礎實施，實現對感知層信息的接入和傳輸;支撐層是為上層應用服務建立起一個高效可靠的支撐技術平臺，通過并行數據挖掘處理等過程，為應用提供服務，屏蔽底層的網絡、信息的異構性;應用層是根據用戶的需求，建立相應的業務模型，運行相應的應用系統。在各個層次中安全和管理貫穿于其中。

3物聯網的安全技術分析

從物聯網的信息處理過程來看，感知信息經過采集、匯聚、融合、傳輸、決策與控制等過程，整個信息處理的過程體現了物聯網安全的特征與要求，也揭示了所面臨的安全問題。傳統的網絡中，網絡層的安全和業務層的安全是相互獨立的。而物聯網的特殊安全問題很大一部分是由于物聯網是在現有移動網絡基礎上集成了感知網絡和網絡應用平臺帶來的。因此，移動網絡中的大部分機制仍然可以適用于物聯網并能提供一定的安全性，如認證機制、加密機制等。但還是需要根據物聯網的特征對安全機制進行調整和補充。

因此，物聯網的安全特殊性體現了感知信息的多樣性、網絡環境的多樣性和應用需求的多樣性，呈現出網絡的規模和數據的處理量大，決策控制復雜，給安全研究提出了新的挑戰。

3.1安全標準

技術意義上的標準就是一種以文件形式發布的統一協定。物聯網本身缺乏統一標準，在一定程度上也影響了物聯網安全的標準化進程，但是從另一方面，也更加證明了制定統一安全標準的必要性，使其能更加有效地服務于物聯網建設。標準化工作的推進，需要有國家法律法規的支持、行業企業的率先垂范，并注重網絡用戶安全意識的培養。

3.2防護體系

物聯網安全防護應考慮數據產生到信息應用的每個階段，從分層、分級等不同維度， 設計安全防護體系。不同層次、不同級別采取的安全措施不盡相同，彼此互為補充，形成整合性的安全方案。

3.3物聯網中的加密機制

傳統的網絡層加密機制是逐跳加密，即信息在發生過程中，雖然在傳輸過程中是加密的，但是需要不斷地在每個經過的節點上解密和加密，即在每個節點上都是明文，而在傳輸的業務層加密機制是端到端的，即信息只在發送端和接收端才是明文，而在傳輸的過程和轉發節點上都是密文。由于物聯網中網絡連接和業務使用緊密結合，那么就面臨到底使用逐跳加密還是端到端加密的選擇。

對于逐跳加密來說，它可以只對有必要受保護的鏈接進行加密，并且由于逐跳加密在網絡層進行，所以可以適用于所有業務，即不同的業務可以在統一的物聯網業務平臺上實施安全管理，從而做到安全機制對業務透明。對于端到端的加密方式來說，它可以根據業務類型選擇不同的安全策略，從而為高安全要求的業務提供高安全等級的保護。不過端到端的加密不能對消息的目的地址進行保護，因為每一個消息所經過的節點都要以此目的地址來確定如何傳輸消息。這就導致端到端加密方式不能掩蓋被傳輸消息的源點和終點，并容易受到對通信業務進行分析而發起的惡意攻擊。

總之，對安全性要求不高的應用業務，在網絡能夠提供逐跳加密的前提下，業務層端到.端的加密需求就顯得并不重要。但是對于高安全需求的業務，端到端的加密仍然是其首選。因而，由于不同物聯網業務對安全級別的要求不同，可以將業務層端到端安全做為可選項。

4結束語

物聯網的安全和隱私保護是物聯網服務能否大規模應用的關鍵，物聯網的多源異構性使其安全面臨巨大的挑戰，就單一網絡而言，互聯網、移動通信網等已建立了一些列行之有效的機制和方法，為我們的日程生活和工作提供了豐富的信息資源，改變了人們的生活和工作方式。相對而言，傳感網的安全研究仍處于初始階段，還沒有提供一個完整的解決方案，由于傳感網的資源局限性，使其安全問題的研究難度增大，因此，傳感網的安全研究將是物聯網安全的重要組成部分。同時如何建立有效的多網融合的安全架構，建立已個跨越多網的統一安全模型， 形成有效的共同協調防御系統也是重要的研究方向之一。

參考文獻：

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