物联网信息安全

1、 安全概述 物联网信息感知安全 物联网信息存储安全 物联网信息传输安全 物联网应用层信息安全 物联网网络攻击与防范 基于IPv6的物联网信息安全l 信息安全保护信息资源，防止未经授权或偶然因素对信息资源的破坏、改动、非法利用或恶意泄漏，以实现信息保密性、完整性与可用性的要求。l 信息安全的五大基本特性保密性、完整性、可用性、可控性、不可否认性l 保密性 对抗对手的被动攻击，保证信息不泄漏给未经授权的人，保证信息只允许授权用户访问。l 完整性 对抗对手的主动攻击，防止信息被未经授权的人篡改，保证用户得到的信息及信息的处理方法是准确的、完备的。l 可用性 保证信息及信息系统确实为授权使用者所有，保

2、证合法用户在需要时可以访问到所需信息和使用相关的资产。l 可控性 对信息及信息系统实施安全监控，对信息、信息处理过程及信息系统本身都可以实施合法的安全监控和检测。l 不可否认性 保证出现信息安全问题后可以有据可依，可以追踪责任到人或到事，也称信息的不可抵赖性。l 感知节点安全 数量大，监控难l 感知网络安全 没有统一标准l 自组网安全 信任关系难l 传输网络安全l 信息服务安全l RFID系统的安全1、物联网信息感知的安全属性l 有限的存储空间和计算能力l 缺乏后期节点布置的先验知识l 布置区域的物理安全无法保证l 有限的带宽和通信能量l 网络信息安全的形式多样安全隐患：网络部署区域的开放性无

3、线电网络的广播性1、选择性转发攻击 部分（或全部）数据包不能达到目的地。2、Sinkhole攻击 假冒中继，欺骗吸引周围的节点选择它作为其路径的中继节点。3、Sybil攻击 单个节点以多个身份出现在网络中，更易于成为路由路径的节点。4、Wormhole攻击 两个(或以上)的节点串通，吸引更大区域内的节点选择其作为路径的中继节点，可以看作Sinkhole的扩展。5、Hello泛洪攻击 恶意节点大功率广播Hello包，其他节点误以为是邻居从而将数据发送给它。解决方案：数据加密和认证、拥塞时自动关闭系统l 机密性l 完整性：包括身份认证、数据完整性、时间完整性l 扩展性l 可用性l 自组织性l 鲁棒

4、性：健壮的、能够适应环境变化的密钥的类型：l 节点与基站间通信的密钥l 节点与节点间通信的密钥l 基站与所有节点通信的组密钥l 节点与多个邻居节点通信的族密钥主要协议： Kerberos、Needham、Schroeder、Otway-Rees、Bellare-Rogaway等。优点：l 对部分节点的攻击不会波及其他节点l 只需保证KDC的运算和存储能力l 感知节点的负载较小l 支持网络的动态变化缺点：l 密钥建立过程中，节点之间及节点与KDC之间需要大量通信l 过于依赖KDC，KDC成为性能及安全性的瓶颈1、基于密钥池的对称密钥预先分配主要协议：Basic Random Key、Q-comp

5、osite、Multi-path Key Reinforcement等。优点优点：方案简单、计算负载小、网络扩展能力较强缺点缺点：部分节点被攻击的抵抗性差、不支持邻居节点之间的身份认证、不保证节点动态离开网络后的网络安全性2、基于多项式计算的对称密钥预先分配主要协议：Polynomial Pool Based Key、Location-Based Pair-wise Key Establishment等。优点优点：部分节点被攻击不影响其他节点、扩展性好、支持动态变化、节点间认证缺点缺点：计算开销太大3、其他的对称密钥预先分配主要协议：Random Pair-wise Keys等。优点优点：计算

6、开销极小缺点缺点：不可扩展，不支持新节点的加入 多采用预共享主密钥的密钥方式，其他密钥均从此密钥衍生而来。l 语义安全性：CBC模式、CTR模式等。l CTR：计数器模式，每个密文包均与当前计数器值有关，通信双方共同维护一个计数器。密文数据： C=EKe(P, Cn)其中C为密文，P为明文，Ke为加密密钥，Cn为计数器值。消息认证： MAC=FMAC(Kmac, Cn, C)其中：FMAC为Hash算法，Kmac为消息认证密钥。举例，A节点连续发给B节点10个数据包：AB：EKe(PA1, CnA1), FMAC(Kmac, CnA1, EKe(PA1, CnA1)AB：EKe(PA10, C

7、nA10), FMAC(Kmac, CnA10, EKe(PA10, CnA10) B节点可通过加密后Cn值来按顺序接收数据包。同时，也可回应A节点：BA：EKe(PB1, CnB1), FMAC(Kmac, CnB1, EKe(PB1, CnB1)同理，A节点也可通过Cn值判断是否重放攻击。问题：A节点无法判断接收到的响应PB1是不是针对它所发出的请求包PA1的回应。解决办法：增加一个识别符（随机数）AB：NA, EKe(PA, CnA), FMAC(Kmac, CnA, EKe(PA, CnA)BA：EKe(PB, CnB), FMAC(Kmac, NA, CnB, EKe(PB, CnB

8、)节点间通信：采用节点与基站共享主密钥方法AB： NA, ABS： NA, NB, A, B, FMAC(Ka, NA, NB, A, B)SA：EKa(Ks), FMAC(Ka, NA, B, EKa(Ks)SB：EKb(Ks), FMAC(Kb, NB, A, EKb(Ks)其中，Ka和Kb分别为A和B节点与基站的共享密钥 上面这个协议为SNEP协议（Secure Network Encrytion Protocol）。l 语义安全l 数据认证l 重放保护l 新鲜度l 低开销广播包的认证：方法一，主机与所有节点共享一个公共的广播认证密钥。安全度低！方法二，非对称加密。接收者从认证中心获得广

9、播者的公钥，从而认证广播数据。开销大！TESLA协议(Timed Efficient Streaming Loss-tolerant Authorization Protocol)，用于连续的媒体流认证。l 确保发送者是唯一的信任数据源l 支持非常多的接收者l 必须能够容忍丢失l 效率高，实现高速媒体流的实时传输不足之处：l 初始化时需要一次非对称签名过程l 每个数据包需增加约24bit的认证信息l 每包都进行一次密钥公布，开销较大改进的TESLA协议，用于物联网。主要思想：1）先广播一个用Kmac认证的数据包2）然后再公布密钥Kmac要点：1）密钥。广播者维护一个密钥池，接收者无需密钥池。2

10、）密钥生成算法。算法保密，全网共享。广播者采用Hash函数生成密钥。3）密钥发布包的丢失。密钥链机制，密钥池中的密钥并不完全独立，而是经过单向密钥生成算法迭代产生的连串密钥。 如果接收节点丢失了密钥发布包，仍然可以根据最新的密钥推算出来。4）密钥公布的延迟。周期性公布密钥，一段时间内使用相同的认证密钥。要求主机和节点之间维持一个简单的时间同步。5）密钥认证。密钥是单项可推导的，已知前面的密钥就可验证新收到的密钥。 Hash(Kj+1)=Kj 已知Kj，但无法推测出Kj+1。只需要保证K1是合法的。2.5 RFID感知安全1、攻击形式主动攻击：l 对标签实体通过物理手段获取信息内容或信号。l 寻

11、找安全协议和加密算法的漏洞。l 通过干扰广播、阻塞信道等方法实施DOS攻击。被动攻击：l 窃听通信数据l 流量分析，跟踪流通状态RFID的冲突预防机制1、空分多路法（SDMA） 1）读写器和天线的作用距离按空间区域划分 2）读写器配置定向天线2、频分多路法（FDMA）读写器成本高3、时分多路法（TDMA） 1）电子标签控制 2）读写器控制RFID密码安全机制1、Hash锁协议使用metaID代替真实的ID。标签有两种状态： 1）锁定：仅响应metaID；2）解锁：正常读写锁定标签：l 读写器选定一个随机数key，计算metaID=H(key)l 读写器写metaID到标签l 标签进入锁定状态l

12、 读写器以metaID为索引，将(metaID,key,ID)存储到数据库。RFID密码安全机制解锁标签：RFID密码安全机制1）读写器标签：认证请求Quary2）标签读写器：metaID3）读写器数据库：metaID4）数据库读写器：查询成功，发送key和ID；否则返回认证失败。5）读写器标签：key6）标签读写器：验证metaID=H(key)，成功则发送ID；否则认证失败。7）读写器比较标签的ID和数据库的ID，成功则认证通过；否则认证失败。RFID密码安全机制1、Hash锁协议缺点：metaID保持不变，ID以明文传输。容易遭受假冒攻击和重放攻击。2、随机Hash锁协议对metaID随

13、机化，采用“挑战-应答”机制。RFID密码安全机制2、随机Hash锁协议1）读写器标签：认证请求Quary2）标签读写器：R, H(IDk|R)，IDk为标签标识3）读写器数据库：请求所有标签的标识4）数据库读写器：发送所有ID1,ID2,IDn5）读写器标签：检查是否有IDj使H(IDj|R)=H(IDk|R)成立，如有则对标签认证通过。并发送IDj。6）标签认证。如IDj与IDk相同则对读写器认证通过；否则认证失败。RFID密码安全机制2、随机Hash锁协议缺点：IDj仍以明文传输，攻击者可以跟踪标签。同时，也可以伪造标签。每次认证时，后端数据库需要将所有标签标识发送给读写器，通信量大、效率低。3、Hash链协议基于共享秘密的“挑战-应答”协议RFID密码安全机制RFID密码安全机制3、Hash链协议标签和数据库共享一个初始秘密值st,1。则第j次认证过程如下：1）读写器标签：认证请求Quary2）标签读写器： at,j=G(st,j)。标签使用当前秘密值st,j，计算at,j=G(st,j)，并更新秘密值st,j+1=H(st,j)。3）读写器数据库：转发at,j4）数据库读写器：数据库对所有标签数