端到端物联网通信安全技术框架

1、端到端物联网通信安全技术框架技术创新，变革未来5G 开启万物互联时代物联网安全事件层出不穷物联网安全挑战0102030504边界模糊化设备智能化并普遍联网，边界的 概念将不断被削弱，可被攻破的 入口点越来越多，防守难度增大。用户隐私数据保护数据采集活动无时无刻不在发生， 每个人都将成为透明人，如何保 护用户隐私信息和数据成为巨大 挑战。核心业务互联网化核心业务无法继续以孤岛形式存 在，互联网化之后，无法停留在 “伪合规”的安全防护水平，安 全防护级别和对抗能力要求大幅 提高。数据源的多样化和分散化使得人 为操作和注入、修改数据成为可能，给大数据分析带来考验。着大量的数据和实体的安全，一 旦出现

2、安全问题，影响和危害远 胜电脑手机，堪称灾难。06云端安全与远程控制大量的智能应用与云端智能系统 联动，云端的安全防护和防范远 程劫持将成为新的难题。人们总是在亡羊补牢时悔恨没有未雨绸缪，人们总是在离不开某个事物时才意识到当初应该考虑其安全性。安全问题往往随着应用与数据的规模和价值提升而逐步暴露，明显滞后。等到全面爆发安全问题时进行事后补救，成本惊人。智能设备安全影响巨大数据污染成为可能智能设备更加贴近使用者，承载挑战 以智能硬件为代表的人工智能安全问题刻不容缓物联网安全需求接口安全 固件安全 芯片安全 数据安全 设备标识恶意代码防护基础架构安全 账号权限安全 全面安全审计 输入输出安全应用代

3、码保护 组件安全数据安全敏感信息保护恶意代码防护数据传输安全 秘钥安全保护 业务安全保护 身份认证安全 权限管控安全身份认证安全 权限管控安全 数据传输安全输入输出安全身份标识和密码体系是智能硬件安全的重要基石！边界模糊化用户隐私数据保护核心业务互联网化数据污染成为可能智能设备安全影响巨大云端安全与远程控制物联网典型应用架构（云+端+APP）的安全保障 需求物联网安全的难点需要在物联网通信中实现端到端的安全，从而提供高于网络安全等级的保护机制。物联网端-管-云安全架构基本思想API应用芯片/模组终端设备APIAPI物联网平台网络端到端安全的三大核心功能双向认证：设备和服务器应该并且能够相互证明

4、彼此身份的真实性和独特性信息的完整性：设备和服务器之间能够安全地发送消息，使得干扰方无法对 其进行攻击或更改信息的保密性：还应该能够对信息进行编码，只有被授权接收信息的各方才 能阅读消息的内容。这也是数据隐私保护的核心。端：物的身份物的身份人为分配以数据方式存储可擦写可复制人的身份物理唯一标识无需存储标识，用完自动销毁不可擦写，无法复制用工艺复杂度保证安全，能耗极低基本原理M2和M4的阈值电压大小决定两者的导通顺序M1M4的工艺偏差决定M1M4的阈值电压不同challengeM2和M4导通的顺序决定SRAM的输出是“1”还是“0”response半导体制造工艺的偏差是PUF随机性的终极来源有可

5、能造成M2和M4阈值电压不同的半导体制造工艺因素包括：晶体缺陷掺杂（RDF，Random Dopant Fluctuation）氧化层厚度温度模糊提取由于工艺偏差不够大，或者环境噪声的影响，SRAM PUF的输出并不稳定 不能保证每次的输出都是相同的模糊提取：从带有噪声的输入中提取出可重复的、随机分布的输出100111000110001100010110器件相同输入，不同时间随机噪声不同输出100111000110001100010110器件相同输入，不同时间随机噪声模糊提取相同输出实现效果任意一个PUF元件，其特 征值都是唯一的，与其他 所有PUF元件均不相同唯一性任意一个PUF元件的输出

6、值都是随机的，没有固定 的模式随机性任意一个PUF元件对不 同输入的响应是随机的， 没有固定的模式不可预测性同一个器件不同器件之间同一元件，相同的激励， 输出一定相同（忽略噪 声的影响）重复性不同元件，相同的激励， 输出与其他元件一定不 同不可重复性不同PUF元件对相同输 入的响应是不同的，没 有固定的模式不可预测性用途身份标识身份认证密钥生成/存储端的安全身份标识 身份认证密钥生成与存储 数据加密代码/固件保护轻量级双向认证安全协议云端终端器件（ID号）服务器（数据库DB=(ID,(c1,r1),(c2,r2),.,(cq,rq)ri PUF(ci )a Hash(ID ,N ,ri )if

7、 b Hash(a, ri ) ,then reject and abort.ri 有PUF计算得出说明：此处没有考虑相应的小误差（用Fuzzy Extract 方法来处理）i RNG1, 2, . , qN RNG0, 1laIDbif a Hash(ID, N, ri ) ,then reject and abort.ri 取自数据库DBb Hash(a, ri )ci , N中级双向认证安全协议云端终端ti(Di) = () =, , , , , , (, |) = (), , = () = = (, |), , , 中级双向认证安全协议云端终端ti(Di)for i from 1 to

8、 n do(, , ) = (, |)until = if = (, |)then = , (, )(, )else for i from 1 to n do(, , ) = (, |)until = elseif = ,应用案例RS485RS485RS485RS485RS485RS485RS485GPRS/3G/LTE智能电表智能电表智能电表数据中心采集器翼盾智能 电表安全 采集模块在采集器前，部署专用加密数 据采集硬件翼盾智能电表安 全采集模块，该硬件内置安 全芯片和信息安全算法，实现物理身份标识管理、密钥管理、身份认证、加密解密、签名验 签等功能，通过RS485采集电 表用电信息，并对数据进行加 密，加密后的数据通过RS48