1. 物聯(lián)網(wǎng)安全期末復(fù)習(xí)的核心定位與價值又到了期末季對于ZZU物聯(lián)網(wǎng)工程、網(wǎng)絡(luò)安全等相關(guān)專業(yè)的同學(xué)來說物聯(lián)網(wǎng)安全這門課知識點(diǎn)多且雜概念抽象協(xié)議繁雜考試時簡答題往往是拉開分?jǐn)?shù)差距的關(guān)鍵。很多同學(xué)面對厚厚的教材和PPT感覺無從下手不知道哪些是老師眼中的“必考點(diǎn)”。我結(jié)合自己當(dāng)年備考和后來輔導(dǎo)學(xué)弟學(xué)妹的經(jīng)驗(yàn)以及近年來這門課考試的重點(diǎn)趨勢為大家梳理了9道幾乎每年必考或變相必考的簡答題。這9道題不是讓你死記硬背而是幫你構(gòu)建起物聯(lián)網(wǎng)安全的知識骨架。背熟、理解透這9道題你不僅能應(yīng)對大部分簡答更能串聯(lián)起整門課的核心邏輯面對綜合題和論述題也能言之有物。物聯(lián)網(wǎng)安全的核心矛盾在于資源受限的“物”與高安全需求之間的矛盾。復(fù)習(xí)時一定要抓住這條主線傳統(tǒng)的安全機(jī)制如復(fù)雜的加密算法、龐大的證書體系在計算能力、存儲空間和電量都極其有限的傳感器節(jié)點(diǎn)、RFID標(biāo)簽上如何“瘦身”應(yīng)用攻擊者又如何利用這些“弱點(diǎn)”發(fā)起攻擊我們又有哪些輕量級的防護(hù)手段把這幾個問題想明白很多知識點(diǎn)就通了。2. 物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)及其面臨的安全威脅這是最基礎(chǔ)也幾乎是百分百會考的一道題。你不能只答出感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層這三個名詞必須詳細(xì)闡述每一層的構(gòu)成、功能以及各自獨(dú)特的安全威脅。2.1 三層架構(gòu)詳解感知層這是物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”負(fù)責(zé)信息采集和初步處理。主要包括各類傳感器溫濕度、光照、加速度、執(zhí)行器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS模塊等。其核心特點(diǎn)是資源極端受限計算能力弱通常是8位或16位微控制器、內(nèi)存小KB級別、能量有限電池供電、常部署在無人值守的開放或敵對環(huán)境中。網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”負(fù)責(zé)信息的可靠傳輸。它融合了多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括接入網(wǎng)如ZigBee、藍(lán)牙、LoRa、NB-IoT等短距離無線技術(shù)負(fù)責(zé)將感知層設(shè)備接入。核心網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)4G/5G、專用網(wǎng)絡(luò)等負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離、大范圍的數(shù)據(jù)匯聚與傳輸。網(wǎng)關(guān)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)的“大腦”負(fù)責(zé)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、挖掘并實(shí)現(xiàn)具體的智能應(yīng)用。包括云計算平臺、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、智能決策系統(tǒng)以及面向最終用戶的應(yīng)用程序如智能家居APP、工業(yè)監(jiān)控平臺。2.2 各層面臨的典型安全威脅復(fù)習(xí)時要為每一層匹配上最具代表性的安全威脅這能體現(xiàn)你的理解深度。感知層威脅物理攻擊節(jié)點(diǎn)被俘獲、拆解、側(cè)信道攻擊通過功耗、電磁輻射分析密鑰、物理破壞。這是感知層獨(dú)有的、最致命的威脅。資源耗盡攻擊如“沉睡攻擊”持續(xù)向節(jié)點(diǎn)發(fā)送垃圾數(shù)據(jù)耗盡其電池電量。仿冒節(jié)點(diǎn)攻擊攻擊者向網(wǎng)絡(luò)中加入惡意節(jié)點(diǎn)竊聽或注入虛假數(shù)據(jù)。RFID克隆與欺騙非法復(fù)制標(biāo)簽信息或偽造讀寫器信號。網(wǎng)絡(luò)層威脅竊聽與流量分析在無線信道中截獲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。重放攻擊截獲合法數(shù)據(jù)包后在另一時間重復(fù)發(fā)送以欺騙系統(tǒng)。拒絕服務(wù)攻擊對網(wǎng)關(guān)或通信信道發(fā)起洪泛攻擊耗盡網(wǎng)絡(luò)帶寬或處理資源導(dǎo)致服務(wù)癱瘓。路由攻擊如蟲洞攻擊、黑洞攻擊誤導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)流量破壞路由完整性。中間人攻擊在通信雙方之間插入惡意節(jié)點(diǎn)攔截、篡改通信內(nèi)容。應(yīng)用層威脅數(shù)據(jù)隱私泄露云端存儲的海量用戶數(shù)據(jù)位置、習(xí)慣、健康信息被非法訪問或售賣。惡意軟件與病毒針對應(yīng)用平臺或用戶終端的攻擊。身份認(rèn)證與訪問控制漏洞云平臺API接口或Web應(yīng)用存在弱口令、越權(quán)訪問等漏洞。數(shù)據(jù)篡改與偽造攻擊者篡改云端分析結(jié)果或下發(fā)的控制指令。答題要點(diǎn)務(wù)必強(qiáng)調(diào)“感知層的資源受限性”是其他兩層所沒有的根本性弱點(diǎn)也是其安全設(shè)計最大的挑戰(zhàn)。在闡述威脅時最好能舉一個簡短的例子如“在智能家居中針對ZigBee門鎖的重放攻擊網(wǎng)絡(luò)層可能被用來復(fù)制開鎖信號”。3. 與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)安全相比物聯(lián)網(wǎng)安全有哪些特殊性這道題考察你對物聯(lián)網(wǎng)安全本質(zhì)矛盾的理解。不能簡單羅列要對比分析。1. 感知終端資源極端受限這是最核心的特殊性。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的終端PC、手機(jī)擁有強(qiáng)大的計算能力和充裕的電量可以運(yùn)行復(fù)雜的防火墻、殺毒軟件和高級加密算法如AES-256, RSA-2048。而物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可能只有幾KB內(nèi)存無法承受此類開銷。因此安全方案必須輕量化需要在安全強(qiáng)度與資源消耗之間做出艱難權(quán)衡。2. 感知網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性與復(fù)雜性物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)五花八門藍(lán)牙、ZigBee、LoRa、NB-IoT、5G每種協(xié)議都有自己的幀結(jié)構(gòu)、安全機(jī)制和弱點(diǎn)。安全設(shè)計需要跨協(xié)議、跨平臺統(tǒng)一管理難度極大。而傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)主要基于TCP/IP協(xié)議棧相對統(tǒng)一。3. “物”的物理可訪問性大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署在無人監(jiān)控的公共場所如路燈、電表、監(jiān)控攝像頭攻擊者可以輕易地物理接觸設(shè)備進(jìn)行硬件攻擊、固件提取或直接替換。傳統(tǒng)服務(wù)器通常放置在受控的數(shù)據(jù)中心內(nèi)。4. 數(shù)據(jù)與隱私的敏感性增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)往往直接關(guān)聯(lián)物理世界和用戶個人生活體征數(shù)據(jù)、家庭活動軌跡、工業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)一旦泄露或篡改可能直接導(dǎo)致人身安全、財產(chǎn)安全或生產(chǎn)安全重大事故危害性更直接、更物理。5. 海量設(shè)備與規(guī)模化攻擊物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量以百億計且很多設(shè)備存在統(tǒng)一漏洞如默認(rèn)密碼。一旦被攻破極易形成僵尸網(wǎng)絡(luò)如Mirai發(fā)起規(guī)模空前巨大的DDoS攻擊這是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)時代少見的威脅維度。6. 生命周期與更新困難許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計壽命長達(dá)數(shù)年甚至十年但出廠后幾乎無法進(jìn)行安全補(bǔ)丁升級。而傳統(tǒng)軟件可以通過在線更新快速修復(fù)漏洞。復(fù)習(xí)心得回答這道題時腦子里要有一個具體的例子。比如談到“資源受限”就想想一個溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)談到“物理可訪問”就想想街邊的智能路燈。用例子帶動理論記憶效果更好。4. 什么是輕量級密碼算法列舉兩種并說明其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。由于感知層設(shè)備資源有限直接采用傳統(tǒng)密碼算法不現(xiàn)實(shí)因此輕量級密碼算法是必考重點(diǎn)。4.1 輕量級密碼算法的定義與設(shè)計原則輕量級密碼算法并非指不安全而是指在保證一定安全強(qiáng)度的前提下針對資源受限環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計的密碼算法。其設(shè)計原則主要包括硬件友好占用更少的邏輯門Gate Equivalence, GE面積適合集成到芯片中。低功耗加解密運(yùn)算消耗的能量少。低存儲開銷算法本身代碼量小所需的RAM/ROM少。高效率加解密速度快滿足實(shí)時性要求。4.2 典型輕量級密碼算法舉例1. PRESENT算法簡介一種超輕量級分組密碼算法由博格丹諾夫等人在2007年提出。其分組長度為64位密鑰長度可為80位或128位。設(shè)計特點(diǎn)采用了SPN結(jié)構(gòu)但輪函數(shù)設(shè)計極其精簡。核心是一個4-bit的S盒查找表和簡單的比特置換Permutation Layer。這種設(shè)計使得其硬件實(shí)現(xiàn)僅需約1570個GE80位密鑰遠(yuǎn)低于AES的約2400個GE。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛應(yīng)用于RFID標(biāo)簽、低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)加密。例如在智能倉儲管理中對貼在商品上的RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲的單價、批次等信息進(jìn)行加密防止信息被非法讀寫器竊取或篡改。2. SPONGENT算法簡介一種輕量級哈希函數(shù)屬于海綿結(jié)構(gòu)家族。它能夠?qū)⑷我忾L度的輸入消息壓縮成固定長度的哈希值如88位、128位、160位等。設(shè)計特點(diǎn)海綿結(jié)構(gòu)使其非常靈活可用于哈希、認(rèn)證、偽隨機(jī)數(shù)生成等多種用途。其硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度極低一個最小版本的SPONGENT僅需約738個GE。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要用于數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和消息認(rèn)證。例如在無線體域網(wǎng)中傳感器采集到用戶的ECG心電圖數(shù)據(jù)后先計算其哈希值將數(shù)據(jù)和哈希值一同發(fā)送。接收端重新計算哈希并比對即可驗(yàn)證數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否被篡改確保醫(yī)療數(shù)據(jù)的可靠性。注意事項考試時老師可能不會直接問算法名字而是問“物聯(lián)網(wǎng)感知層常用的加密技術(shù)有哪些特點(diǎn)請舉例說明”。這時你需要先闡述輕量級的特點(diǎn)然后自然引出PRESENT或SPONGENT作為例子。另外除了這兩個ECC橢圓曲線密碼也?？家?yàn)樗苡幂^短的密鑰如160位達(dá)到與RSA-1024位相當(dāng)?shù)陌踩珡?qiáng)度節(jié)省了計算和存儲常用于節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的認(rèn)證和密鑰協(xié)商。5. 簡述RFID系統(tǒng)的安全威脅與防護(hù)技術(shù)。RFID是物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵技術(shù)其安全問題非常典型。5.1 RFID系統(tǒng)面臨的主要安全威脅竊聽非法讀寫器在合法通信范圍內(nèi)截獲RFID標(biāo)簽與讀寫器之間的無線信號獲取標(biāo)簽ID或數(shù)據(jù)。跟蹤通過標(biāo)簽固定的、唯一的ID可以對攜帶該標(biāo)簽的人或物品進(jìn)行長期定位與跟蹤侵犯隱私。克隆與復(fù)制攻擊者獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)后將其寫入另一個空白標(biāo)簽制造出一個完全相同的副本。欺騙與重放偽造一個讀寫器向標(biāo)簽發(fā)送查詢指令誘騙標(biāo)簽響應(yīng)或者截獲合法響應(yīng)信號后在其他時間地點(diǎn)重放以通過認(rèn)證。拒絕服務(wù)攻擊通過發(fā)射干擾信號阻塞RFID工作頻段使系統(tǒng)無法正常讀寫。物理破壞直接損毀標(biāo)簽。5.2 主要的防護(hù)技術(shù)防護(hù)技術(shù)需要平衡安全性與標(biāo)簽的成本、計算能力。物理方法滅活商品售出后通過指令永久關(guān)閉標(biāo)簽功能。簡單有效但標(biāo)簽無法復(fù)用。法拉第籠用金屬網(wǎng)屏蔽標(biāo)簽防止被掃描。適用于護(hù)照等場景但不便。主動干擾用戶攜帶一個設(shè)備主動發(fā)射干擾信號?？赡苓`法且干擾其他設(shè)備。密碼學(xué)方法重點(diǎn)哈希鎖標(biāo)簽內(nèi)存儲一個元IDMetaID該值是標(biāo)簽真實(shí)IDTID與一個隨機(jī)密鑰的哈希值。讀寫器查詢時標(biāo)簽返回MetaID。后端數(shù)據(jù)庫通過查找匹配的密鑰計算出TID并返回給讀寫器。避免了TID在空中明文傳輸。隨機(jī)化哈希鎖哈希鎖的增強(qiáng)版。每次認(rèn)證時標(biāo)簽和讀寫器都引入隨機(jī)數(shù)使得每次通信的MetaID都不同有效防止跟蹤和重放攻擊。輕量級加密協(xié)議如使用PRESENT算法對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密。這是目前研究的熱點(diǎn)但需要標(biāo)簽具備一定的計算能力。雙向認(rèn)證協(xié)議確保不僅是讀寫器認(rèn)證標(biāo)簽標(biāo)簽也認(rèn)證讀寫器防止偽造讀寫器攻擊。答題技巧回答時最好形成一個“威脅-對策”的對應(yīng)關(guān)系。例如“針對跟蹤威脅可以采用隨機(jī)化哈希鎖技術(shù)因?yàn)槊看握J(rèn)證產(chǎn)生的臨時標(biāo)識都不同使得攻擊者無法將多次出現(xiàn)的標(biāo)簽關(guān)聯(lián)為同一個。” 這樣回答顯得邏輯清晰理解透徹。6. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN中常見的路由攻擊有哪些如何防御WSN是物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要組成部分其多跳、自組織的特性使得路由安全尤為關(guān)鍵。6.1 常見路由攻擊類型蟲洞攻擊攻擊者在網(wǎng)絡(luò)中兩個相距較遠(yuǎn)的區(qū)域之間建立一條私有的、低延遲的隧道可能通過高性能射頻或事先布置的有線連接。它吸引周圍節(jié)點(diǎn)的路由流量聲稱通過它能更快到達(dá)目標(biāo)。后果是路由混亂并可能與其他攻擊如選擇性轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)合。黑洞攻擊惡意節(jié)點(diǎn)在路由發(fā)現(xiàn)階段對外宣稱自己有一條到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑如跳數(shù)最少吸引大量數(shù)據(jù)流經(jīng)過自己。然后它簡單地將所有數(shù)據(jù)包丟棄造成數(shù)據(jù)丟失就像數(shù)據(jù)進(jìn)入了“黑洞”。選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊惡意節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時不是全部丟棄而是有選擇地丟棄一部分例如只丟棄包含特定關(guān)鍵詞或來自特定節(jié)點(diǎn)的包更加隱蔽難以檢測。女巫攻擊一個惡意物理節(jié)點(diǎn)通過偽造多個身份Sybil節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中冒充多個合法節(jié)點(diǎn)。它可以影響路由協(xié)議如在投票機(jī)制中占多數(shù)、破壞數(shù)據(jù)聚合的準(zhǔn)確性、消耗其他節(jié)點(diǎn)的資源。Hello洪泛攻擊惡意節(jié)點(diǎn)以超大功率廣播“Hello”包讓很大范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都誤以為它是鄰居并選擇其作為下一跳路由。當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)向它時它并不轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)致路由失效。6.2 主要防御思路防御措施通常需要結(jié)合多種技術(shù)并在安全開銷和網(wǎng)絡(luò)性能之間取得平衡。基于地理位置的路由如GEAR協(xié)議。路由選擇基于節(jié)點(diǎn)的實(shí)際物理位置而非邏輯鄰居關(guān)系。這可以有效抵御蟲洞和Hello洪泛攻擊因?yàn)楣粽邆卧斓牡乩砦恢眯畔⒑茈y與全網(wǎng)協(xié)調(diào)一致。但需要節(jié)點(diǎn)具備定位能力如GPS。多路徑路由在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條不相交或部分相交的路徑同時或交替發(fā)送數(shù)據(jù)。即使某條路徑被惡意節(jié)點(diǎn)破壞其他路徑仍能保證數(shù)據(jù)的可達(dá)性。這是對抗選擇性轉(zhuǎn)發(fā)和黑洞攻擊的有效方法但會增加網(wǎng)絡(luò)開銷。身份認(rèn)證與信任管理雙向認(rèn)證節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)前必須與可信基站或鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向身份認(rèn)證防止女巫節(jié)點(diǎn)加入。信任評估節(jié)點(diǎn)根據(jù)其鄰居的歷史行為如轉(zhuǎn)發(fā)成功率、數(shù)據(jù)一致性動態(tài)計算信任值。信任值低的節(jié)點(diǎn)將被排除在路由選擇之外。這需要一定的監(jiān)控和計算開銷。入侵檢測系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中部署一些具有較強(qiáng)能力的節(jié)點(diǎn)作為監(jiān)視器分析網(wǎng)絡(luò)流量和節(jié)點(diǎn)行為的異常如某個節(jié)點(diǎn)聲稱的鏈路質(zhì)量與其實(shí)際物理位置不符可能提示蟲洞攻擊從而發(fā)現(xiàn)惡意節(jié)點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)之談復(fù)習(xí)這部分時不要死記硬背攻擊名字。理解每種攻擊的核心目的和操作手法。例如蟲洞攻擊的核心是“偽造優(yōu)質(zhì)路徑”黑洞攻擊是“吸引并丟棄流量”。理解了本質(zhì)即使考題換個說法你也能識別出來。防御措施則要記住“一物降一物”的關(guān)系。7. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份認(rèn)證的主要技術(shù)有哪些身份認(rèn)證是物聯(lián)網(wǎng)安全的第一道防線確保接入網(wǎng)絡(luò)的“物”是合法的。根據(jù)應(yīng)用場景和安全需求主要技術(shù)可分為以下幾類7.1 基于密碼的認(rèn)證這是最傳統(tǒng)、最廣泛的方式但在物聯(lián)網(wǎng)中需要輕量化改造。靜態(tài)口令設(shè)備預(yù)置一個密碼。缺點(diǎn)非常明顯易被竊聽、暴力破解且難以管理海量設(shè)備的不同密碼。動態(tài)口令/一次性密碼每次認(rèn)證使用不同的密碼。雖然更安全但需要設(shè)備具備一定的計算和同步能力在低端傳感器上實(shí)施較難。輕量級挑戰(zhàn)-應(yīng)答協(xié)議讀寫器向標(biāo)簽發(fā)送一個隨機(jī)數(shù)挑戰(zhàn)標(biāo)簽用自己的密鑰加密該隨機(jī)數(shù)后返回應(yīng)答。讀寫器或后端服務(wù)器驗(yàn)證應(yīng)答是否正確。這避免了密碼在信道中明文傳輸。許多RFID安全協(xié)議如Hash-Lock的變種都基于此原理。7.2 基于密碼學(xué)的認(rèn)證這是目前的主流和重點(diǎn)研究方向。對稱密碼認(rèn)證通信雙方共享同一個密鑰。認(rèn)證過程快、計算開銷小非常適合感知層設(shè)備。核心挑戰(zhàn)在于密鑰的分發(fā)與管理。如何將初始密鑰安全地預(yù)置到海量設(shè)備中如何實(shí)現(xiàn)密鑰的更新非對稱密碼認(rèn)證使用公鑰和私鑰。設(shè)備持有私鑰服務(wù)器持有公鑰。設(shè)備用私鑰對某個信息簽名服務(wù)器用公鑰驗(yàn)證。其最大優(yōu)點(diǎn)是解決了密鑰分發(fā)問題服務(wù)器可以公開公鑰。雖然傳統(tǒng)RSA對物聯(lián)網(wǎng)來說太重但橢圓曲線密碼因其密鑰短、安全性高的特點(diǎn)已成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備認(rèn)證特別是設(shè)備與云平臺之間的重要選擇?；谏矸莸拿艽a用戶的公鑰直接由其身份信息如郵箱、設(shè)備ID衍生而來無需數(shù)字證書簡化了管理。但在物聯(lián)網(wǎng)中如何安全地生成和分發(fā)主密鑰仍是難題。7.3 基于物理特征的認(rèn)證硬件指紋這是一種“與生俱來”的認(rèn)證方式利用了半導(dǎo)體制造過程中產(chǎn)生的微小差異。原理每個芯片在制造時由于工藝偏差其物理特性如SRAM上電狀態(tài)、環(huán)形振蕩器頻率、路徑延遲會有獨(dú)一無二的微小差異。這種差異難以克隆構(gòu)成了設(shè)備的“硬件指紋”或“物理不可克隆函數(shù)”。應(yīng)用設(shè)備啟動時測量自身的PUF響應(yīng)生成一個密鑰或直接作為身份標(biāo)識。服務(wù)器端存儲其對應(yīng)的響應(yīng)模型。認(rèn)證時服務(wù)器發(fā)送挑戰(zhàn)設(shè)備用PUF產(chǎn)生響應(yīng)并返回。這種方式密鑰不存儲防篡改非常適合資源受限且面臨物理攻擊風(fēng)險的設(shè)備。7.4 基于證書的認(rèn)證主要用于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層特別是在設(shè)備與云平臺通信時。流程由可信的證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)為每個設(shè)備簽發(fā)一個數(shù)字證書證書中包含了設(shè)備的公鑰和CA的簽名。設(shè)備在與服務(wù)器建立TLS/DTLS連接時出示自己的證書。物聯(lián)網(wǎng)中的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)X.509證書體積較大通常超過1KB對感知層設(shè)備負(fù)擔(dān)重。因此出現(xiàn)了精簡版的證書格式如IEEE 802.1AR設(shè)備標(biāo)識證書或直接在CoAP等協(xié)議上使用DTLS時進(jìn)行證書壓縮。復(fù)習(xí)提示這道題很容易考成對比題如“比較對稱密碼認(rèn)證和非對稱密碼認(rèn)證在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)”。你需要準(zhǔn)備好對稱密碼計算快、開銷小但密鑰管理難非對稱密碼密鑰管理簡單身份綁定強(qiáng)但計算開銷大需ECC等輕量級方案。同時要提一下PUF這種前沿技術(shù)展示知識面的廣度。8. 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全生命周期包括哪些環(huán)節(jié)各環(huán)節(jié)的安全目標(biāo)是什么物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到銷毀貫穿了整個系統(tǒng)。這道題考察你對數(shù)據(jù)全流程安全管理的宏觀理解。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全生命周期通常包括以下六個核心環(huán)節(jié)每個環(huán)節(jié)都有其特定的安全目標(biāo)數(shù)據(jù)生成與采集環(huán)節(jié)描述在感知層由傳感器、RFID等設(shè)備產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)。安全目標(biāo)保證數(shù)據(jù)源的可靠性與真實(shí)性。確保數(shù)據(jù)來自合法的、未被篡改的設(shè)備防止惡意節(jié)點(diǎn)注入虛假數(shù)據(jù)。主要技術(shù)包括設(shè)備身份認(rèn)證、傳感器數(shù)據(jù)防篡改設(shè)計。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)描述數(shù)據(jù)從感知設(shè)備經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層傳送到應(yīng)用層平臺。安全目標(biāo)保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和新鮮性。機(jī)密性防止數(shù)據(jù)在無線或有線信道中被竊聽。通過加密實(shí)現(xiàn)如AES, PRESENT。完整性防止數(shù)據(jù)在傳輸中被篡改。通過消息認(rèn)證碼或數(shù)字簽名實(shí)現(xiàn)如HMAC, 輕量級哈希。新鮮性防止重放攻擊確保收到的是最新數(shù)據(jù)。通過時間戳或序列號實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)描述數(shù)據(jù)在云平臺、邊緣服務(wù)器或設(shè)備本地進(jìn)行持久化保存。安全目標(biāo)保證靜態(tài)數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和可控訪問。存儲加密即使數(shù)據(jù)庫被拖庫數(shù)據(jù)內(nèi)容也不泄露。訪問控制定義嚴(yán)格的權(quán)限策略如基于角色的訪問控制RBAC確保只有授權(quán)用戶/應(yīng)用能訪問特定數(shù)據(jù)。備份與恢復(fù)防止數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)處理與分析環(huán)節(jié)描述在應(yīng)用層對匯聚的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、挖掘、分析和價值提取。安全目標(biāo)保證計算過程的隱私性、正確性和可控性。這是當(dāng)前的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。隱私計算在數(shù)據(jù)不離開本地或不解密的情況下進(jìn)行分析如聯(lián)邦學(xué)習(xí)、安全多方計算、同態(tài)加密尚不實(shí)用。防止數(shù)據(jù)分析方獲取原始敏感數(shù)據(jù)?？尚艌?zhí)行環(huán)境在CPU的硬隔離安全區(qū)域如Intel SGX, ARM TrustZone內(nèi)處理敏感數(shù)據(jù)保護(hù)其不被操作系統(tǒng)或其他應(yīng)用窺探。數(shù)據(jù)共享與交換環(huán)節(jié)描述在不同機(jī)構(gòu)、不同應(yīng)用之間按需共享數(shù)據(jù)。安全目標(biāo)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“可用不可見”并做到權(quán)責(zé)清晰、可追溯。數(shù)據(jù)脫敏/匿名化共享前去除直接標(biāo)識符。訪問策略與審計明確誰、在什么條件下、可以訪問哪些數(shù)據(jù)并記錄所有訪問日志。區(qū)塊鏈技術(shù)用于構(gòu)建可信的數(shù)據(jù)共享存證確保共享記錄不可篡改。數(shù)據(jù)銷毀環(huán)節(jié)描述數(shù)據(jù)生命周期結(jié)束或設(shè)備報廢時對數(shù)據(jù)進(jìn)行徹底清除。安全目標(biāo)確保數(shù)據(jù)不可恢復(fù)地刪除。不僅僅是邏輯刪除標(biāo)記刪除更需要物理銷毀或多次覆寫防止數(shù)據(jù)殘留導(dǎo)致的信息泄露。對于存儲密鑰的硬件需要進(jìn)行物理銷毀。答題框架按照“環(huán)節(jié)-描述-安全目標(biāo)”的三段式來回答清晰有條理?？梢蕴貏e強(qiáng)調(diào)“數(shù)據(jù)處理”環(huán)節(jié)的隱私保護(hù)是當(dāng)下的研究前沿以及“數(shù)據(jù)銷毀”環(huán)節(jié)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備回收時的重要性容易被忽略。9. 在物聯(lián)網(wǎng)中隱私保護(hù)面臨哪些特殊挑戰(zhàn)有哪些主要的保護(hù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)讓隱私泄露從虛擬空間延伸到物理世界挑戰(zhàn)更為嚴(yán)峻。9.1 物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)的特殊挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)位置、行為、生理指標(biāo)與個人身份、生活習(xí)慣高度綁定。單一數(shù)據(jù)可能無害但多源數(shù)據(jù)聚合后能精準(zhǔn)畫像泄露深度隱私。無感收集與持續(xù)監(jiān)控設(shè)備24小時不間斷運(yùn)行在用戶無意識的情況下收集數(shù)據(jù)形成了“全景式監(jiān)控”。二次利用與目的外泄收集數(shù)據(jù)時聲稱用于A目的如智能節(jié)能但實(shí)際被用于B目的如商業(yè)營銷、保險定價用戶難以知情和控制。海量設(shè)備與復(fù)雜供應(yīng)鏈設(shè)備制造商、云服務(wù)商、應(yīng)用開發(fā)商等多個主體都可能接觸數(shù)據(jù)責(zé)任邊界模糊數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)路徑不透明。物理位置隱私設(shè)備的定位信息如智能手環(huán)、汽車直接暴露用戶的行蹤軌跡這是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)隱私中不那么突出的問題。9.2 主要的隱私保護(hù)技術(shù)技術(shù)手段需要從數(shù)據(jù)生命周期的不同環(huán)節(jié)入手。數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)最小化只收集完成服務(wù)所必需的最少數(shù)據(jù)。這是隱私保護(hù)的第一原則。本地化處理/邊緣計算敏感數(shù)據(jù)在設(shè)備或邊緣網(wǎng)關(guān)本地進(jìn)行處理只將脫敏后的結(jié)果或模型參數(shù)上傳到云減少原始數(shù)據(jù)外泄風(fēng)險。數(shù)據(jù)傳輸與存儲端匿名化與假名化匿名化去除所有能直接或間接標(biāo)識個人身份的信息且過程不可逆。技術(shù)難度高。假名化用假名替代真實(shí)標(biāo)識符如用隨機(jī)ID代替設(shè)備MAC地址。但假名若長期固定仍可能被跟蹤。差分隱私在數(shù)據(jù)或查詢結(jié)果中加入精心計算的噪聲使得攻擊者無法從輸出中推斷出任何一個體的信息。即使擁有除目標(biāo)外所有其他個體的數(shù)據(jù)也無法確定目標(biāo)的數(shù)據(jù)。這是目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界如蘋果、谷歌廣泛采用的強(qiáng)隱私保護(hù)技術(shù)適用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)布。數(shù)據(jù)處理與使用端同態(tài)加密允許對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行計算得到的結(jié)果解密后與對明文數(shù)據(jù)做同樣計算的結(jié)果一致。實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)可用不可見”的理想狀態(tài)。但目前全同態(tài)加密效率極低部分同態(tài)加密有一定應(yīng)用前景。安全多方計算多個參與方在不泄露各自私有輸入的前提下共同完成一個函數(shù)計算。例如兩家醫(yī)院想統(tǒng)計某種疾病的患者總數(shù)但不想分享各自的病人名單就可以用MPC。聯(lián)邦學(xué)習(xí)多個設(shè)備或機(jī)構(gòu)在本地用自己的數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型只將模型參數(shù)的更新梯度上傳到中心服務(wù)器進(jìn)行聚合得到全局模型。原始數(shù)據(jù)始終留在本地。這是物聯(lián)網(wǎng)中非常有前景的隱私保護(hù)學(xué)習(xí)范式。系統(tǒng)設(shè)計與管理端隱私影響評估在系統(tǒng)設(shè)計之初就系統(tǒng)性地評估其可能帶來的隱私風(fēng)險并設(shè)計緩解措施。用戶知情與控制向用戶提供清晰、易懂的隱私政策并提供便捷的隱私設(shè)置選項如關(guān)閉特定傳感器的權(quán)限。深度理解回答這道題時要跳出純技術(shù)視角點(diǎn)明“隱私保護(hù)是法律、管理、技術(shù)三者的結(jié)合”。技術(shù)手段如差分隱私、聯(lián)邦學(xué)習(xí)是工具但必須輔之以隱私-by-design的設(shè)計理念和嚴(yán)格的數(shù)據(jù)治理規(guī)范。可以提及歐盟的GDPR等法規(guī)對物聯(lián)網(wǎng)隱私的推動作用作為答案的升華如果考試允許聯(lián)系實(shí)際的話。10. 如何從整體上構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)安全體系這是一道綜合性的題目可能以論述題形式出現(xiàn)。它要求你將前面分散的知識點(diǎn)串聯(lián)起來形成一個立體的防御體系?？梢詮囊韵聨讉€層面來構(gòu)建10.1 安全技術(shù)層面縱深防御這是最核心的層面遵循“層層設(shè)防”的原則。感知層安全加固硬件安全采用安全芯片、PUF技術(shù)防止物理攻擊和密鑰提取。輕量級安全協(xié)議為RFID、傳感器設(shè)計適合的輕量級認(rèn)證與加密協(xié)議如隨機(jī)化哈希鎖、輕量級ECC。安全啟動與固件更新確保設(shè)備加載的軟件是經(jīng)過簽名的、可信的并提供安全的固件升級機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)層安全傳輸鏈路層加密在ZigBee、藍(lán)牙等協(xié)議層面啟用加密。網(wǎng)絡(luò)層安全采用IPSec等協(xié)議保護(hù)IP通信。傳輸層安全對于基于IP的設(shè)備強(qiáng)制使用TLS/DTLS。對于受限設(shè)備使用CoAP over DTLS這種輕量級組合。安全路由在WSN中采用能抵御蟲洞、黑洞攻擊的路由協(xié)議。應(yīng)用與平臺層安全管控強(qiáng)身份認(rèn)證與訪問控制對設(shè)備、用戶、應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格的身份認(rèn)證如證書、OAuth 2.0并實(shí)施最小權(quán)限原則。API安全對云平臺提供的API接口進(jìn)行鑒權(quán)、限流、防重放攻擊保護(hù)。數(shù)據(jù)全生命周期安全落實(shí)從加密存儲、隱私計算到安全銷毀的全流程管理。10.2 安全管理層面全流程治理技術(shù)需要管理來落地。設(shè)備全生命周期管理從設(shè)備出廠前的安全配置禁用默認(rèn)密碼、預(yù)置唯一證書、安全入網(wǎng)自動化的安全配置下發(fā)到運(yùn)行中的狀態(tài)監(jiān)控、漏洞修復(fù)直至報廢時的數(shù)據(jù)擦除都需要管理流程覆蓋。安全監(jiān)測與響應(yīng)建立物聯(lián)網(wǎng)安全運(yùn)營中心對網(wǎng)絡(luò)流量、設(shè)備行為進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控利用大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)異常如某個傳感器突然高頻發(fā)送數(shù)據(jù)并能夠快速響應(yīng)和處置安全事件。供應(yīng)鏈安全管理確保設(shè)備從芯片、模組到整機(jī)的供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)都符合安全標(biāo)準(zhǔn)防止在制造過程中被植入后門。10.3 標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)層面外部約束與引導(dǎo)遵循安全標(biāo)準(zhǔn)如IoT安全框架如NIST的《物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全指南》、行業(yè)特定標(biāo)準(zhǔn)如車聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)等。隱私法規(guī)合規(guī)嚴(yán)格遵守《網(wǎng)絡(luò)安全法》、《數(shù)據(jù)安全法》、《個人信息保護(hù)法》以及GDPR等法規(guī)中關(guān)于數(shù)據(jù)收集、使用、跨境傳輸?shù)囊蟆?0.4 安全意識層面人的因素開發(fā)者安全培訓(xùn)讓開發(fā)人員在設(shè)計編碼時就考慮安全Security by Design。用戶安全教育引導(dǎo)用戶設(shè)置強(qiáng)密碼、定期更新設(shè)備、關(guān)注隱私設(shè)置。構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)安全體系絕非單一技術(shù)或產(chǎn)品所能解決。它需要將輕量化的安全技術(shù)、貫穿生命周期的安全管理、合規(guī)的框架標(biāo)準(zhǔn)以及全員的安全意識有機(jī)結(jié)合形成一個動態(tài)、自適應(yīng)、可生長的安全能力。對于期末復(fù)習(xí)而言理解這個“技術(shù)-管理-法規(guī)-意識”的四層模型能讓你在面對開放性的綜合題時有清晰的答題思路和充實(shí)的論述內(nèi)容。把這9道題背后的邏輯理清、記牢物聯(lián)網(wǎng)安全這門課的簡答題部分你就能胸有成竹了。