基于區塊鏈的物聯網信息安全技術研究

盧愛芬

（廣州科技職業技術大學，廣東廣州，510550）

0 引言

在物聯網系統研究人員的突破下，他們發現，區塊鏈技術自身的就具備信任、透明、安全機制的優勢，可以在基礎上保障了物聯網的通信安全，并且還可以在建立中心化共識機制的情況下對物聯網設備身份進行二次驗證，增強了物聯網信息的私密性。區塊鏈技術的引進改善了物聯網安全性不足的情況，同時也成為了安全性能的支撐點，提供堅固保障的同時，也推進了物聯網進一步的發展，更是在成本上給了一個很大的優勢。區塊鏈作為物聯網信息技術發展的基礎，那么如何使用區塊鏈以及如何它在提高物聯網技術在時代中的運用的研究成了現在最難突破的難題。

1 研究的主要意義

物聯網系統發展至今，智能制造、健康醫療、石油文化以及金融等各領域都占有一席之地。因此，物聯網的信息安全以及隱私問題的研究關乎著國計民生，成了一件迫在眉睫的大事。物聯網系統相關人士經過研究發現，區塊鏈技術自身透明和安全機制能夠從一定程度上保障信息的安全，并且還能夠構建去中心化的共識機制為物聯網設備提供驗證服務，以此提升物聯網私密性。相比較傳統的互聯網來說更加安全。傳統的互聯網技術只要入侵者成功攻入物聯網系統，就會獲得利于與關注度，這樣引起了社會的恐慌，導致不少不法分子以此謀生，相反設法的攻擊各行業的物聯網系統。入侵者的方式多種多樣，例如：2018年的時候捕獲了一種物聯網僵尸網絡，有個別稱叫做“捉迷藏”，半個月的時間就感染了超30萬的互聯網設備，并且這種手段被清除之后在系統上還有殘留，設備在重啟之后，惡意軟件依舊在感染的設備中盜取信息。因此這種手段常被別人勇于間諜活動以及網絡勒索的事件中。還有在2018年11月份的時候，黑客利用打印機的開放式網絡端口來了一場偶像投票。短短30分鐘的時間，黑客成功控制了公司打印機，并實現了自己的目的，好在目的比較單純，黑客只是一個瘋狂的粉絲，只不過是想要力挺自己的偶像，若是用在其它的途徑中，后果將不堪設想。物聯網安全事件發生頻繁，由此可見，傳統技術需要加強，很多相關防護技術還需要突破。而區塊鏈技術引入可以大大提升物聯網環境的安全性，將區塊鏈和物聯網聯系起來，對于信息安全將會有巨大的促進作用。

2 國外研究現狀

物聯網技術沒有局限性，不僅僅是國內的好幫手，國外對他的研究也是緊急的，其中趙滿發表的《區塊鏈技術在物聯網工程中的應用研究》一文中提到物聯網工程設備管理具有很大的難度，不僅維修的成本很高，甚至維修的過程中，工程用戶中的隱私很難得到保障。文中分析了區塊鏈技術的原理、特點，并論述了區塊鏈技術在物聯網工程中的作用進行了闡述。同時利用區塊鏈為基礎，構建了物聯網工程體系，以此提升設備管理效率，保證數據的安全性的過程中，也廢物利用的讓物聯網防偽溯源得到了更有利的支持。其次，周立廣、韋智勇在發表的《基于區塊鏈的物聯網信息安全平臺設計與實現》一文中提到，區塊鏈系統在運行的過程中，會有不同的設備源源不斷的接入，這也無意間隱藏了非常大的安全隱患。最終作者結合區塊鏈技術，構建了分布式物聯網信息安全系統。運用該系統，可以對用戶的身份進行認證。系統在引入不同設備接口同時也引用了不同的權限對信息進行保護與控制。在信息管理方面，數據的分類以及存儲都做好了準備的工具，加強了數據信息的安全性讓，讓客戶在使用的過程中更加安全有效。

3 物聯網信息安全

3.1 感知層安全分析研究

首先我們了解到感知層在物聯網三層體系中是屬于最基礎的一層，主要功能包括數據采集以及數據短距離的傳輸。感知層操作主要是通過傳感器的裝置，其中包括超聲以及紅外還有濕度與溫度的變化，采集外界條件的數據通過二維碼或者是藍牙等這些短距離傳輸技術來傳輸數據，同時，研究人員將這種傳輸方法又分為兩種，RFID系統安全以及無線傳感器。其中RFID系統面臨著非法復制以及非法跟蹤等安全問題，相關技術人員也提供了信息加密與身份隱私等安全技術。而無線傳感器也存在著很多安全威脅，例如數據簽以及服務攻擊，技術人員也將在這些方面進行突破[1]。

3.2 傳輸層安全分析研究

物聯網中的傳輸層主要介于感知層以及應用層之間，負責兩個層次之間的數據交接。物聯網對網絡層要求非常高，不單單只是簡單得到互聯網功能，主要是想要將網絡層中的感知層所采集到的數據無障礙并安全的進行傳輸。為了實現這個目標，技術人員將傳統的互聯網技術與傳感器互相連接并與移動通信技術進行融合。物聯網隨著時代的快速發展，所需要面對的威脅也隨之增多，想要保證網絡層傳輸的數據隱私性與完整性，相關密碼技術與數據加密技術我國物聯網技術人員的技術還需要增強[2]。

3.3 應用層安全分析研究

物聯網中的應用層包含著豐富的業務體驗，例如智能制造、智能城市、智能物流等，應用層的作用主要是解決信息處理與人機交互的問題，簡單的來說就是通過客戶的指示來實現具體操作。在物聯網的幫襯之下，應用層需要處理的信息是繁多的，在海量數據的操作之下，數據安全問題是普遍存在的，例如網絡攻擊以及惡意指令，這些操作都會導致隱私泄露以及數據流失等一系列問題。無論是自身系統安全性問題還是非法入侵，這些對于物聯網應用層防護技術而言都相對成熟。總而言之，物聯網要求信息安全技術具備中心化以及信任化特點，首先要做的就是要降低成本的輸出，盡量不使用額外的安全防護設備，而是從物聯網的網絡節點開始入手，大力研究并找出其中關鍵有效的防護技術。 而區塊鏈就正好符合這個要求，區塊鏈本身就是一個由多方面維護一個弱中心點的分布式設計的網絡系統，主要優勢就是擁有特有的共識機制，同時利用網絡節點的多余算力去做一些安全驗證的工作[3]。

3.4 區塊鏈的相關技術研究

區塊鏈技術實際上就是與新興技術的融合體，在各種技術的運行下都能為網絡提供一個安全穩定的網絡運行環境。區塊鏈的技術模型主要分為六個層次，依次是應用層、合約層、激勵層、網絡層、數據層以及共識層。共識層與網絡層以及數據層是不可缺少的核心層次，是確保區塊鏈正常運行的關鍵，也是保障網絡環境安全穩定的關鍵。

4 超級賬本Fabric項目

4.1 系統整體結構

需要根據Fabric中提供的API和封裝中不同語言的SDK開發基于區塊鏈的應用，利用Fabric中區塊鏈中的資源進行訪問，而開發者使用就非常的便利，只需要合理的使用物聯網中的事件或者是鏈碼等訪問程序，不需要去關注區塊鏈網絡如何去實現的問題，這樣不僅提升了區塊鏈中使用的開發效率，同時也給客戶提供了更高的便利性能。不同層面的管理對接的資源存在差異性，例如業務層中的鏈碼以及交易和賬本主要依賴的組織中的管理層里面的區塊鏈，其中的數據庫以及共識機制技術還有權限管理將會利用組織管理層中成熟的P2P網絡去進行加密。而系統管理層是由多個物理節點組組成的P2P網絡，之后通過gRPC的通道進行信息方面的融合與交流，同時與Gossip協議進行數據匹配，最終保持數據的統一性[4]。

4.2 網絡節點

網絡節點的作用就是用于唯一的網絡地址，網絡地址與傳送或者接受數據的功能中網絡進行連接，其中網絡連接的節點是多方向的，例如計算機、服務器、攝像頭、藍牙、打印機、工作站等具備聯網功能的網絡設備。同時，交易的不同環節的節點所提供的功能也是有區分的，例如客戶端節點、記賬節點、排序服務節點、背書節點，網絡中的節點角色多種多樣，不同時間、不同地點、不同指令都會有不同的身份從而產生不同的節點。排序服務節點主要是為了支持Apache Kafka集群的分布式協議，在網絡運行的過程中通過背書的合法交易進行排序；客戶端節點就是用戶操作的入口點，主要的功能就是為了提交交易給背書節點，在超級賬本Fabric中，客戶端必須要連接到某一個記賬節點或者排序服務節點中才能與區塊鏈網絡通信，這樣才能發揮客戶端節點，客戶端經過設定的背書策略之后，若是能收到比較多的背書節點的支持，又將會進行下一步的操作，就是將客戶端引入的交易發給排序服務節點處理；背書節點是一個動態角色，主要是對來自客戶端程序中的交易進行合法性與權限之間的檢查，通過安全的權限檢查之后的交易就會返回到客戶端程度，背書節點與具體的鏈碼綁定，網絡中只有少部分的節點可以擔任背書節點這個角色；記賬節點在超級賬本Fabric網絡中是一個普通節點，在網絡中不擔任任何的角色，主要的作用就是負責交易驗證過程以及維護數據運行以及賬本審核的狀態。與此同時，記賬節點也是多個節點的基礎節點，可以強制性的設定產生通過動態節點生成最終代替其它節點，同時負責與排序節點進行通信合作。