物聯(lián)網安全體系結構研究

       物聯(lián)網作為下一代互聯(lián)網的重要應用，已經引起了廣泛關注。然而，物聯(lián)網大規(guī)模連接各種“物”設備所帶來的安全風險也不容忽視。本文首先分析了物聯(lián)網安全面臨的主要挑戰(zhàn)，包括設備安全、網絡安全和隱私保護等方面?；诖?本文提出了一個完整的物聯(lián)網安全體系結構,包括感知層安全、網絡層安全、應用層安全和管理層安全四個方面。針對每個層面，文章詳細探討了相應的安全需求和防護技術。最后，文章展望了物聯(lián)網安全體系結構的未來發(fā)展趨勢，為推動物聯(lián)網安全技術的創(chuàng)新提供了思路。

　　物聯(lián)網(Internet of Things, IoT)是指通過各種信息傳感設備,實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的互聯(lián)互通,進而實現(xiàn)對物理世界的感知、網絡化和智能化管理。物聯(lián)網的應用范圍廣泛，涉及智慧城市、智能家居、工業(yè)自動化、車聯(lián)網等諸多領域。物聯(lián)網技術的快速發(fā)展，為人類社會帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。

　　一、物聯(lián)網安全理論基礎

　　當今物聯(lián)網安全機制缺乏的重要原因就在于感知層的節(jié)點受到能力、能量限制，自我保護能力較差，并且物聯(lián)網的標準化工作尚未完成，以致其工作過程中的信息傳輸協(xié)議等也未能統(tǒng)一標準。攻擊節(jié)點身份、對數(shù)據(jù)的完整性和一致性的有意破壞、惡意手動攻擊等都對物聯(lián)網感知工作的安全造成威脅。目前的通信網絡是人類個體作為終端進行設計的，數(shù)量遠不及物聯(lián)網中的感知節(jié)點，通信網絡自身承載能力的局限性在某種程度上也增加了通信的安全風險。大量的終端節(jié)點接入會造成網絡資源搶占，從而給拒絕服務攻擊提供了條件，對密鑰需求量的增加也會造成傳輸資源的不必要消耗。在目前的網絡中，通過較為復雜的算法對數(shù)據(jù)進行加密以保護數(shù)據(jù)的機密性和完整性，而在物聯(lián)網通信環(huán)境中，大部分場景中單個設備的數(shù)據(jù)發(fā)送量相對較小，使用復雜的算法保護會帶來不必要的延時。

　　二、物聯(lián)網安全面臨的主要挑戰(zhàn)

　　物聯(lián)網涉及大量的“物”端設備,包括傳感器、執(zhí)行器、RFID標簽等,這些設備普遍具有計算能力和通信能力有限的特點。同時,大部分物聯(lián)網設備缺乏安全防護機制，很容易受到各種惡意軟件和硬件攻擊，給整個物聯(lián)網系統(tǒng)帶來安全隱患。物聯(lián)網設備通常采用無線通信技術，網絡接入點分布廣泛，網絡邊界模糊，易遭受黑客入侵、分布式拒絕服務攻擊等網絡安全威脅。此外，大規(guī)模的設備連接還可能導致網絡擁塞和系統(tǒng)癱瘓。物聯(lián)網收集了海量的用戶隱私數(shù)據(jù)，如位置信息、生物特征等。這些數(shù)據(jù)一旦遭到泄露或濫用，將嚴重侵犯用戶的隱私權。同時，物聯(lián)網設備的智能化也可能被利用進行隱私侵犯。

　　三、物聯(lián)網安全體系結構

　　為了應對上述安全挑戰(zhàn)，本文提出了一個完整的物聯(lián)網安全體系結構，包括感知層安全、網絡層安全、應用層安全和管理層安全四個方面。感知層是物聯(lián)網的基礎，主要由各類傳感器、RFID標簽等物聯(lián)網終端設備組成。這些設備普遍存在計算資源有限、缺乏安全防護等問題，因此感知層安全是物聯(lián)網安全體系結構的重點。為了防范未授權設備接入，物聯(lián)網系統(tǒng)需要建立可靠的設備身份認證機制。這可以采用基于硬件安全模塊的身份認證技術，如TPM(Trusted Platform Module)芯片。同時，還需要實施細粒度的訪問控制策略，限制已接入設備的操作權限。物聯(lián)網設備的固件安全也是一個關鍵問題。惡意軟件可能通過漏洞注入的方式感染設備固件，從而控制整個設備。因此需要采用固件完整性驗證、固件遠程更新等技術，確保設備固件的安全性。為了及時發(fā)現(xiàn)和應對設備安全事件，需要建立完善的設備監(jiān)控和異常行為檢測機制。這包括實時監(jiān)測設備運行狀態(tài)、檢測設備異常行為,并及時預警和響應。

　　物聯(lián)網設備通常采用無線通信，面臨著各種網絡安全威脅，因此網絡層安全是物聯(lián)網安全體系的另一個重點。為了保護物聯(lián)網設備間的通信安全，需要采用端到端的通信鏈路加密技術，如基于身份的加密、基于屬性的加密等。同時還需要考慮低功耗、低計算資源的加密算法。物聯(lián)網面臨著大規(guī)模的分布式拒絕服務(DDoS)攻擊風險，需要部署分布式的DDoS攻擊檢測和緩解機制，如流量異常檢測、源地址驗證、流量過濾等。物聯(lián)網設備之間的路由機制也需要考慮安全因素，防范路由劫持、路由環(huán)路等攻擊，可以采用基于信任的安全路由協(xié)議。

　　物聯(lián)網應用層承載著各種服務和應用，安全問題對用戶體驗影響較大，因此也是物聯(lián)網安全體系的重點。物聯(lián)網應用收集和處理大量用戶隱私數(shù)據(jù)，因此需要采用數(shù)據(jù)加密、匿名化、差分隱私等技術，確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。同時，還需要建立用戶隱私偏好管理機制，讓用戶對數(shù)據(jù)使用擁有更多控制權。物聯(lián)網應用需要采用安全編程實踐，如輸入校驗、權限管理、安全日志記錄等，以防范注入攻擊、權限提升等應用層安全威脅。為了確保物聯(lián)網應用的可信執(zhí)行，需要建立可信計算環(huán)境，包括基于硬件的可信根、可信啟動、遠程認證等技術。

　　物聯(lián)網安全管理是貫穿全局的基礎，需要包括安全策略管理、安全監(jiān)控和安全事件響應等方面。物聯(lián)網安全策略應覆蓋感知層、網絡層和應用層，并根據(jù)不同場景、不同設備、不同用戶進行差異化管理，同時需要定期評估安全策略的有效性。

　　四、結論

　　綜合采取以上策略，企業(yè)可以構建起多層次、全方位的物聯(lián)網安全管理體系，有效防范各類安全威脅，確保物聯(lián)網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。