物联网安全的特征和关键技术简报

物联网安全特性与关键技术汇报

信息安全0801

臧缘

首先简介一下，什么是物联网：物联网是通过射频识别(RFID)装置、

红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、传感器节点等信息传感设

备，按约定口勺协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息互换和通

信，以实现智能化谡别、定位、跟踪、监控和管理等功能口勺一种网络。

物联网口勺关键是完毕物体信息口勺可感、可知、可传和可控。

物联网是新一代信息技术的重要构成部分。物联网的英文名称叫

“TheInternetofthings”。顾名思义,物联网就是“物物相连的

互联网”。这有两层意思：第一，物联网的关键和基础仍然是互联网，

是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其顾客端延伸和扩展

到了任何物体与物体之间，进行信息互换和通信。因此，物联网日勺定

义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫

描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接,

进行信息互换和通信，以实现对物体W、J智能化识别、定位、跟踪、监

控和管理日勺一种网络。

有关物联网的概念是众所周知W、J。

从信息与网络安全的角度来看，物联网作为一种多网日勺异构融合网

络，不仅存在与传感器网络、移动通信网络和因特网同样W、J安全问题,

同步尚有其特殊性隐私保护问题，异构网络的认证与访问控制问题,

信息口勺存储与管理等。

物联网安全特性

一、感知网络的信息采集、传播与信息安全问题

感知节点展现多源异构性

感知节点功能简朴、携带能量少

感知网络多种多样

二、关键网络的传播与信息安全问题

物联网中节点数量庞大

既有通信网络欧I安全架构是从人通信口勺角度进行设计

三、物联网业务的安全问题

支撑物联网业务的平台有着不一样的安全方略大规模、多平台、多

、“务类型使物联网'”务层次日勺安全面临新日勺挑战

也可以从安全的机密性、完整性和可用性来分析物联网的安全需求

信息隐私是物联网信息机密性的直接体现

信息日勺加密是实现机密性日勺重要手段

物联网W、J信息完整性和可用性贯穿物联网数据流的全过程

物联网的感知互动过程也规定网络具有高度的稳定性和可靠性

物联网安全关键技术

L密钥管理机制

物联网密钥管理系统面临两个重要问题：

一、怎样构建一种贯穿多种网络的统一密钥管理系统，并与物联网

的体系构造相适应；

二、怎样处理传感网的密钥管理问题，如密钥的分派、更新、组播

等问题。

实现统一的密钥管理系统可以采用两种方式：

一、以互联网为中心的集中式管理方式

一旦传感器网络接入互联网，通过密钥中心与传感器网络汇聚点进

行交互，实现对网络中节点口勺密钥管理

二、以各自网络为中心的分布式管理方式

互联网和移动通信网比较轻易处理，但对多跳通信区I边缘节点、以

及由于簇头选择算法和簇头自身的能量消耗，使传感网的密钥管理成

为处理问题的关键。

无线传感器网络的密钥管理系统的安全需求：

(1).密钥生成或更新算法日勺安全性

(2).前向私密性

(3).后向私密性和可扩展性

(4).抗同谋袭击

(5).源端认证性和新鲜性

根据这些规定，在密钥管理系统W、J实现措施中，提出了基于对称密

钥系统日勺措施和基于非对称密钥系统的措施。

在基于对称密钥的管理系统方面，从分派方式上也可分为如下三类:

基于位置服务中的隐私内容波及两个方面:

一、位置隐私

二、查询隐私

面临一种困难的选择，首先但愿提供尽量精确的位置服务，另首先

又但愿个人的隐私得到保护。

3安全路由协议

物联网日勺路由要跨越多类网络，有基于IP地址的I互联网路由协议、

有基于标识的移动通信网和传感网的路由算法，因此我们要至少处理

两个问题

一、多网融合欧I路由问题；

二、传感网的路由问题。

前者可以考虑将身份标识映射成类似日勺TP地址，实现基于地址的

统一路由体系；后者是由于传感网日勺计算资源日勺局限性和易受到袭击

的特点，要设计抗袭击的安全路由算法。

4认证与访问控制

认证指使用者采用某种方式来“证明”自己确实是自己宣称的某人,

网络中日勺认证重要包括身份认证和消息认证、身份认证可以使通信双

方确信对方的身份并互换会话密钥。

认证日勺密钥互换中两个重要日勺问题：

保密性

及时性

消息认证中重要是接受方但愿可以保证其接受的消息确实来自真

正的发送方。

广播认证是一种特殊的消息认证形式，在广播认证中一方广播的消

息被多方认证。老式口勺认证是辨别不一样层次的，网络层的认证就负

责网络层的身份鉴别，业务层的认证就负责业务层的身份鉴别，两者

独立存在。

新日勺访问控制机制是物联网、也是互联网值得研究的I问题，基于属

性的J访问控制(attribute-basedaccesscontrol,ABAC)是近几年研

究IT、J热点，目前有两个发展方向：

基于密钥方略

基于密文方略

目日勺是改善基于属性的加密算法的性能。

5入侵检测与容侵容错技术

容侵就是指在网络中存在恶意入侵的状况下，网络仍然可以正常

地运行现阶段无线传感器网络的容侵技术重要集中于网络日勺拓扑容

侵安全路由容侵数据传播过程中的容侵机制。

无线传感器网络可用性的另一种规定是网络的容错性，无线传感器

网络日勺容错性指日勺是当部分节点或链路失效后，网络可以进行传播数

据出J恢复或者网络构造自愈，从而尽量减小节点或链路失效对无线传

感器网络功能的影响。

6决策与控制安全

物联网的数据是一种双向流动的信息流，一是从感知端采集物理世

界的多种信息，通过数据的处理，存储在网络的数据库中；二是根据

顾客的需求，进行数据的挖掘、决策和控制，实现与物理世界中任何

互连物体的互动。

数据采集处理一隐私性等安全问题

决策控制一波及到另一种安全问题，如可靠性等

老式口勺无线传感器网络网络中一侧重对感知端的信息获取，对决策

控制口勺安全考虑不多。互联网的应用一侧重与信息的获取与挖掘，较

少应用对第三方口勺控制而物联网中对物体的控制将是重要口勺构成部

分，需要深入更深入的研究。

前景展望

“物联网前景非常广阔，它将极大地变化我们目前的生活方

式c”南京航空航天大学国家电T.电子示范中心主任赵国安说一业内

专家表达，物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。在这

个物物相联区J世界中，物品（商品）可以彼此进行“交流”，而无需

人的干预。物联网运用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机

互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。可以说,

物联网描绘的是充斥智能化的世界。在物联网的世界里，物物相连、

天罗地网。

谈及日勺未来物联网的四个特性：未来互联网基础设施将需要不一样

W、J架构，依托物联网日勺新Web服务经济将会融合数字和物理世界从而

带来产生价值的新途径，未来互联网将会包括物品，技术空间和监管

空间将会分离。波及物联网的就有两项。作者认为，当务之急是：挣

脱既有技术的束缚，价值化频谱，信任和安全至关重要，顾客驱动创

新带来社会变化，鼓励新的商业模式。

出于这种高速发展的社会，物物相连是必然的趋势，这也是以便人

们生活口勺有效途径，目前研究欧I物联网，将会给生活带来更大的便捷，

世界将愈加一体化。

1问题：为何要研究信息安全？

有关这个问题，首先应当要懂得什么是信息安全。信息安全自身包

括的范围很大，大到国家军事政治等机密安全，小到如防备商业企业

机密泄露、防备青少年对不良信息的浏览、个人信息的泄露等。网络

环境下日勺信息安全体系是保证信息安全日勺关键，包括计算机安全操作

系统、多种安全协议、安全机制（数字签名、信息认证、数据加密等），

直至安全系统，其中任何一种安全漏洞便可以威胁全局安全。信息安

全服务至少应当包括支持信息网络安全服务的基本理论，以及基于新

一代信息网络体系构造区I网络安全服务体系构造。我们研究信息安全,

在理解信息安全日勺基础上研究怎样保证信息安全。信息安全日勺实质就

是要保护信息系统或信息网络中的信息资源免受多种类型日勺威胁、干

扰和破坏，即保证信息W、J安全性。

2问题：信息安全日勺目的是什么？

♦真实性：对信息日勺来源进行判断，能对伪造来源的信息予以鉴

别。

♦保密性：保证机密信息不被窃听，或窃听者不能理解信息的真

实含义。

♦完整性：保证数据的一致性，防止数据被非法顾客篡改。

♦可用性：保证合法顾客对信息和资源的使用不会被不合法地拒

绝。

♦不可抵赖性：建立有效的责任机制，防止顾客否认其行为，这

一点在电子商务中是极其重要口勺。

♦可控制性：对信息口勺传播及内容具有控制能力。

♦可审查性：对出现口勺网络安全问题提供调查口勺根据和手段

3问题：信息安全研究的内容是什么？

正如信息安全的定义所说，信息安全自身包括叫范围很大，大到国

家军事政治等机密安全,小到如防备商业企加机密泄露、防备青少年

对不良信息的浏览、个人信息时泄露等。

信息安全研究日勺内容重要包括：

♦网络袭击与袭击检测、防备问题

♦安全漏洞与安全对策问题

♦信息安全保密问题

♦系统内部安全防备问题

♦防病毒问题

♦数据备份与恢复问题、劫难恢复问题

物联网安全现实状况分析及处理方略

哈尔滨工程大学

摘要：伴随物联网产'也时兴起并飞速发展，越来越多的安全问题也映

入眼帘。假如不能很好地处理这些安全威胁，必将制约着物联网向发

展。本文对物联网正面临的安全威胁给出了细致地分析，并且针对这

些日勺安全问题予以了一定日勺处理方略。关键字：安全威胁方

略物联网

近几年来，伴随互联网技术和多种接入网络以及智能计算技术的飞

速发展，物联网作为一种新科技正在被越来越多的人所关注，并不停

地在各行各业中得以推广应用。物联网连接现实物理空间和虚拟信息

空间，其无处不在的数据感知、以无线为主的信息传播、智能化H勺信

息处理，可应用于平常生活的各个方面，它与国家安全、经济安全息

息有关，目前己成为各国综合国力竞争的重要原因。在未来的物联网

中，每个人拥有的每件物品都将随时随地连接在物联网上，随时随地

被感知，在这种环境中，保证信息出J安全性和隐私性，防止个人信息、

业务信息和财产丢失或被他人盗用，将是物联网推进过程中需要突破

的重大障碍之一。因此，实现信息安全和网络安全是物联网大规模应

用的必要条件，也是物联网应用系统成熟日勺重要标志。

1、物联网面临的安全威胁

物联网是在计算机互联网出J基础上建立起来W、J,互联网H勺安全问题早

已被人们重视并采用多种措施来防止信息口勺丢失，物联网也不可防止

地伴伴随安全问题，物联网将经济社会活动、战略性基础设施资源和

人们生活全面架构在全球互联网络上，所有活动和设施理论上透明化。

物联网口勺特点是无处不在的数据感知、以无线为主的信息传播、智能

化的信息处理。由于物联网在诸多场所都需要无线传播，这种暴露在

公开场所之中的信号很轻易被窃取，也更轻易被干扰，这将直接影响

到物联网体系的安全。物联网规模很大，与人类社会日勺联络十分紧密，

一旦遭受袭击，安全和隐私将面临巨大威胁，甚至也许引起世界范围

内的工厂停产、商店停业、电网瘫痪、交通失控、工厂停产等恶性后

果。伴随物联网欢I不停发展与应用，其自身所隐藏的安全问题日渐显

现出来。除了面对老式TCP/IP网络、无线网络和移动通信网络等的

安全问题之外，物联网自身还存在着大量特殊的安全问题。从终端节

点到感知网络、通信网络，从应用层面到管捽层面.以及某些非技术

层面的原因都关联和影响着物联网的安全问题。

1.1终端节点层面

由于物联网应用日勺多样性，其终端设备类型也多种多样，常见口勺有传

感器节点、RFID标签、近距离无线通信终端、移动通信终端、摄像

头以及传感网络网关等。相对于老式移动网络而言，物联网中的终端

设备往往处在无人值守的环境中，缺乏了人对终端节点的有效监控，

终端节点更具有脆弱性，将面临更多的安全威胁。

1.2感知层安全问题

感知层口勺任务是全面感知外界信息，该层的经典设备包括RFID装

置、各类传感器(如红外、超声、温度、湿度、速度等)、图像

捕捉装置(摄像头)、全球定位系统(GPS)、激光扫描仪等。

也许碰到的问题包括如下几种方面：

(1)感知节点轻易受侵。感知节点的作用是监测网络口勺不一样内容、

提供多种不一样格式的事件数据来表征网络系统目前口勺状态。

(2)标签信息易被截获和破解。标签信息可以通过无线网络平台传

播，信息口勺安全将受影响。

(3)传感网口勺节点受来自于网络IT、JDoS袭击。传感网一般要接入

其他外在网络(包括互联网),难免受到来自外部网络的袭击,

重要袭击除了非法访问外，拒绝服务袭击也最为常见。传感网节点的

计算和通信能力有限，对抗DoS袭击的能力比较脆弱，在互联网

环境里并不严重的DoS袭击行为.在物联网中就也许导致传感网

瘫痪。

1.3网络层安全问题

物联网日勺传播层重要用于把感知层搜集到口勺信息安全可靠地传播到

信息处理层，然后进行信息处理。在信息传播中，也许通过一种或多

种不一样架构的网络进行信息交接。互联网日勺安全问题有也许传导到

物联网日勺网络层，甚至产生更严重的问题。物联网网络层日勺安全问题

有以个几种方面：

(1)物联网中节点数量庞大，并集群方式存在，会产生大量W、J数据

需要传播，而巨量的数据会使网络拥塞，以至于产生拒绝服务袭

击；

(2)物联网络口勺开放性架构、系统的接入和互联方式、以及各类

功能繁多的网络设备和终端设备的能力差异，轻易出现假冒袭击、中

间人袭击等；

(3)目前物联网所波及口勺网络包括无线通信网络WLAN、WPAN、移动

通信网络和下一代网络等，轻易出现跨异构网络欧I网络袭击；

(4)构建和实现物联网网络层功能口勺有关技术口勺安全弱点和协议缺

陷，如云计算、网络存储、异构网络技术等。

1.4应用层安全问题

应用层重要用来对接受的信息加以处理。要对接受的信息进行判断,

辨别其是有用信息，垃圾信息还是恶意信息。处理时数据有一般性数

据和操作指令,因此，要尤其警惕错误指令，例如指令发出者欧I操作

失误、网络传播错误等导致错误指令，或者是袭击者日勺恶意指令,识

别有用信息，并有效防备恶意信息和指令带来日勺威胁是物联网处理层

的重要安全问题。详细包括如下几种方面：

(1)超大量终端提供了海量W、J数据，来不及识别和处理；

(2)智能设备日勺智能失效，导致效率严重下降；

(3)自动处理失控；

(4)无法实现劫难控制并从劫难中恢复；

(5)非法人为干预导致故障；

(6)设备从网络中逻辑丢失。

1.5控制管理层面

由于物联网中的终端节点数量巨大，布署位置广泛，人工更新终端节

点上的软件应用非常困难，远程配置、更新终端节点上的应用变得愈

加重要，因此需要提供对远程配置、更新时的安全保护能力；此外,

病毒、蠕虫等恶意袭击软件可以通过远程通讯方式植入终端节点，从

而导致终端节点被破坏，甚至进而对通讯网络导致破坏。袭击者可以

伪装成合法顾客，向网络控制管理设备发出虚假时更新祈求，使得网

络为终端配置错误的J参数和应用，从而导致终端不可用，破坏物联网

时正常使用。因此，怎样对无人值守，规模庞大的终端配置、安全日

志等信息进行管理也成为新的问题。当然我们可以安装和配置某些针

对性日勺杀毒防护软件，使得除了具有防毒杀毒日勺功能外，还具有隐私

防盗保护功能，过程定位，备份数据等作用0

1.6物联网安全的非技术原因

物联网要想得以迅速发展，一定要建立一种社会各方共同参与和协作

的组织模式，集中优势资源，这样才能朝着规模化、智能化和协同化

方向发展。物联网的普及，需要各方的协调配合及多种力量的整合,

需要国家日勺政策以及有关立法支持，以便引导物联网朝着健康稳定迅

速出J方向发展；同步人们的安全意识教育也将是影响物联网安全H勺一

种重要原因。

2、应对安全威胁的处理方略

作为一种多网络融合的网络，物联网安全波及到各个网络的不一样层

次，在这些独立的网络中已实际应用了多种安全技术，尤其是移动通

信网和互联网的安全研究已经历了较长口勺时间，但对物联网中的感知

网络来说，由于资源的局限性，使安全研究的难度增大，本节重要针

对第一节所波及n勺诸多物联网安全威胁提出的安全处理方略进行讨

论。

2.1密钥管理机制

密钥系统是安全的基础，是实现感知信息隐私保护的手段之一。对互

联网由于不存在计算资源的限制，非对称和对称密钥系统都可以合用,

互联网面临的安全重要是来源于其最初口勺开放式管理模式的设计，是

一种没有严格管理中心的网络。移动通信网是一种相对集中式管理的

网络，而无线传感器网络和感知节点由于计算资源的限制，对密钥系

统提出了更多的规定，因此，物联网密钥管理系统面临两个重要问题：

一是怎样构建一种贯穿多种网络的统一密钥管理系统，并与物联网的

体系构造相适应；二是怎样处理传感网的密钥管理问题，如密钥内分

派、更新、组播等问题。实现统一的密钥管理系统可以采用两种方

式：〜是以互联网为中心W、J集中式管理方式。由互联网的密钥分派中

心负责整个物联网的密钥管理，一旦传感器网络接入互联网，通过密

钥中心与传感器网络汇聚点进行交互，实现对网络中节点日勺密钥管理;

二是以各自网络为中心的分布式管理方式。在此模

2.2数据处理与隐私性

物联网口勺数据要通过信息感知、获取、汇聚、融合、传播、存储、挖

掘、决策和控制等处理流程，而末端的感知网络几乎要波及上述信息

处理的全过程，只是由于传感节点与汇聚点的资源限制，在信息的挖

掘和决策方面不占居重要的位置。物联网应用不仅面临信息采集口勺安

全性，也要考虑到信息传送的私密性，规定信息不能被篡改和非授权

顾客使用，同步，还要考虑到网络的可靠、可信和安全。物联网能否

大规模推广应用，很大程度上取决于其与否可以保障顾客数据和隐私

的安全。就传感网而言，在信息口勺感知采集阶段就要进行有关的安全

处理，如对RFID采集的信息进行轻量级的加密处理后，再传送到汇

聚节点。这里要关注口勺是对光学标签的信息采集处理与安全，作为感

知端的物体身份标识，光学标签显示了独特的优势，而虚拟光学的加

密解密技术为基于光学标签日勺身份标识提洪了手段，基于软件Ef、J虚拟

光学密码系统由于可以在光波的多种维度进行信息的加密处理,具有

比一般老式的对称加密系统有更高的安全性，数学模型的建立和软件

技术日勺发展极大地推进了该领域的研究和应用推广。

2.3安全路由协议

物联网日勺路由要跨越多类网络，有基于TP地址的互联网路由协议、

有基于标识的移动通信网和传感网的路由算法，因此我们要至少处理

两个问题，一是多网融合W、J路由问题；二是传感网出J路由问题。前者

可以考虑将身份标识映射成类似的TP地址，实现基于地址的统一路

由体系；后者是由于传感网的计算资源的局限性和易受到袭击W、J特点,

要设计抗袭击的安全路由算法。

目前,国内外学者提出了多种无线传感器网络路由协议，这些路由协

议最初口勺设计目的一般是以最小的通信、计算、存储开销完毕节点间

数据传播，不过这些路由协议大都没有考虑到安全问题。实际上由于

无线传感器节点电量有限、计算能力有限、存储容量有限以及布署野

外等特点，使得它极易受各类袭击。无线传感器网络路由协议常受到

的袭击重要有如下几类：虚假路由信息袭击、选择性转发袭击、污水

池袭击、女巫袭击、虫洞袭击、Hello洪泛袭击、确认袭击等。

2.4认证与访问控制

认证指使用者采用某种方式来“证明”自己确实是自己宣称的某人,

网络中口勺认证重要包括身份认证和消息认证。身份认证可以使通信双

方确信对方的身份并互换会话密钥。保密性和及时性是认证的密钥互

换中两个重要的问题°为了防K假冒和会话密钥的泄密，顾客标识和

会话密钥这样的重要信息必须以密文的形式传送，这就需要事先已经

有能用于这一目的内主密钥或公钥。由于也许存在消息重放，因此及

时性非常重要，在最坏的状况下，袭击者可以运用重放袭击威胁会话

密钥或者成功假冒另一方。

在物联网日勺认证过程中，传感网日勺认证机制是重要的研究部分，无线

传感器网络中的认证技术重要包括基于轻量级公钥H勺认证技术、预共

享密钥日勺认证技术、随机密钥预分布的认证技术、运用辅助信息日勺认

证、基于单向散列函数W、J认证等。

⑴基于轻量级公铁算法的认证技术。鉴于经典的公钥算法需要高计

算量，在资源有限的无线传感器网络中不具有可操作性，目前有某些

研究正致力于对公钥算法进行优化设计使其能适应于无线传感器网

络，但在能耗和资源方面还存在很大的改善空间，如基于RSA公钥算

法的TinyPK认证方案，以及基于身份标识的认证算法等。

⑵基于预共享密铁的认证技术。SNEP方案中提出两种配置措施：一

是节点之间的共享密钥，二是每个节点和基站之间的共享密钥。此类

方案使用每对节点之间共享一种主密钥，可以在任何一对节点之间建

立安全通信。缺陷体现为扩展性和抗捕捉能力较差，任意一节点被俘

获后就会暴露密钥信息，进而导致全网络瘫痪。

⑶基于单向散列函数口勺认证措施。该类措施重要用在广播认证中，

由单向散列函数生成一种密钥链，运用单向散列函数的不可逆性，保

证密钥不可预测.通过某种方式依次公布密钥链中的密钥，可以对消

息进行认证。目前基于单向散列函数的广播认证措施重要是对TESLA

协议日勺改善。协议以TESLA协议为基础，对密钥更新过程，初始认证

过程进行了改善，使其可以在无线传感器网络有效实行。

2.5入侵检测与容侵容错技术

容侵就是指在网络中存在恶意入侵的状况下，网络仍然可以正常地运

行。无线传感器网络H勺安全隐患在于网络布署区域的开放特性以及无

线电网络日勺广播特性，袭击者往往运用这两个特性，通过阻碍网络中

节点H勺正常工作，进而破坏整个传感器网络出J运行，减少网络W、J可用

性。无人值守的恶劣环境导致无线传感器网络缺乏老式网络中的物理

上的安全，传感器节点很轻易被袭击者俘获、毁坏或妥协。现阶段无

线传感器网络的容侵技术重要集中于网络II勺拓扑容侵、安全路由容侵

以及数据传播过程中的容侵机制。

无线传感器网络可用性的另一种规定是网络的容错性。一般意义上的

容错性是指在故障存在的状况下系统不失效、仍然可以正常工作向特

性。无线传感器网络日勺容错性指日勺是当部分节点或链路失效后，网络

可以进行传播数据时恢复或者网络构造自愈，从而尽量减小节点或链

路失效对无线传感器网络功能的影响。2.6决策与控制安全

物联网口勺数据是一种双向流动口勺信息流，一是从感知端采集物理世界

的多种信息，通过数据的处理，存储在网络的数据库中；二是根据顾

客w、j需求，进行数据日勺挖掘、决策和控制，实现与物理世界中任何互

连物体日勺互动°在数据采集处理中我们讨论了有关的隐私性等安全问

题，而决策控制又将波及到另一种安全问题，如可靠性等。前面讨论

时认证和访问控制机制可以对顾客进行认证，使合法的顾客才能使用

有关日勺数据，并对系统进行控制操作。但问题是怎样保证决策和控制

W、J对日勺性和可靠性。在老式Ef、J无线传感器网络网络中由于侧重对感知

端的信息获取，对决策控制的安全考虑不多，互联网的应用也是侧重

与信息日勺获取与挖掘，

[1]HuanW.Studyingoninternetofthingsbasedonfingerprint

identification[C],ComputerApplication