摘要：隨著5G正式商用，物聯(lián)網(wǎng)進入高速發(fā)展期，物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量也呈現(xiàn)指數(shù)級增長，隨之而來的物聯(lián)網(wǎng)安全問題也越來越引發(fā)關(guān)注，物聯(lián)網(wǎng)終端因為結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)量龐大、無人看守等問題成為物聯(lián)網(wǎng)中被攻擊的主要對象。針對物聯(lián)網(wǎng)終端特點，介紹了物聯(lián)網(wǎng)終端的基本架構(gòu)，指出物聯(lián)網(wǎng)終端面臨的安全風(fēng)險，并且針對不同風(fēng)險提出物聯(lián)網(wǎng)終端不同模塊應(yīng)該具備的安全能力。
1 引言
1999年，美國麻省理工學(xué)院教授Ashton首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念中只涉及RFID技術(shù)的簡單終端；2005年，ITU發(fā)布《ITU 2005互聯(lián)網(wǎng)報告摘要：物聯(lián)網(wǎng)》（《ITU INTERNET REPORTS 2005 EXECUTIVE SUMMARY:The Internet of Things》），重新定義了物聯(lián)網(wǎng)的概念并且擴展了物聯(lián)網(wǎng)終端的范圍，如傳感網(wǎng)技 術(shù)、智能器件、納米技術(shù)和小型化技術(shù)的終端[1]。IDC預(yù)計，2020年物聯(lián)網(wǎng)終端（如智慧城市、智能家居、工 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等終端設(shè)備）數(shù)量將從2014年的1030 萬種增至2950 萬種。GSMA預(yù)測，到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量將達到252 億[2]。
隨著物聯(lián)網(wǎng)終端種類和數(shù)量指數(shù)級的增長，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)終端安全問題逐漸暴露出來。例如，非法控制海量物聯(lián)網(wǎng)終端形成僵尸網(wǎng)絡(luò)進而進行拒絕服務(wù)攻擊；利用終端自身漏洞控制終端進行非法操作；竊取終端數(shù)據(jù)造成個人隱私數(shù)據(jù)泄露等。物聯(lián)網(wǎng)終端安全事件已經(jīng)對公眾生命財產(chǎn)安全、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、社會穩(wěn)定和國家安全形成重大威脅。亟需對物聯(lián)網(wǎng)終端架構(gòu)進行全面分析研究，并針對物聯(lián)網(wǎng)終端不同模塊面臨的典型風(fēng)險，提出終端不同模塊應(yīng)具備的安全能力。
2 物聯(lián)網(wǎng)終端架構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)終端架構(gòu)分為必選模塊和可選模塊，必選模塊包括傳感器、硬件接口、通信模塊、數(shù)據(jù)模塊；可選模塊包括安全模塊、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件。
( 1 ) 傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，如射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全 球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備。
( 2 ) 硬件接口：指物聯(lián)網(wǎng)終端暴露在外部的硬件接口，包括但不限于USB接口、JTAG、串口、RJ45接口。
( 3 ) 通信模塊：主要通過蜂窩移動通信網(wǎng)、非蜂窩移動通信網(wǎng)兩大類無線通信手段，直接或者通過網(wǎng)關(guān)間接連接到核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)終端和服務(wù)端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K。其中，蜂窩通信模塊主要包絡(luò)NB-IoT、eMTC；非蜂窩通信模塊主要包括LoRa、Wi-Fi、藍牙、ZigBee。
( 4 ) 數(shù)據(jù)模塊：該模塊貫穿所有的物聯(lián)網(wǎng)終端模塊，依靠傳感器硬件進行數(shù)據(jù)收集，依靠通信模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，依靠軟件應(yīng)用模塊進行數(shù)據(jù)處理和分析。數(shù)據(jù)模塊包含硬件的參數(shù)數(shù)據(jù)、操作系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和配置數(shù)據(jù)，以及軟件應(yīng)用模塊的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)等。
( 5 ) 安全模塊：實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)終端的身份認(rèn)證，以及控制端（平臺應(yīng)用、網(wǎng)關(guān)、客戶端APP）的控制指令有效性驗證等安全功能。
( 6 ) 操作系統(tǒng)：運行在物聯(lián)網(wǎng)終端上，是整個物聯(lián)網(wǎng)終端的大腦，對物聯(lián)網(wǎng)終端進行控制和管理，向上承載應(yīng)用程序，向下承接底層資源調(diào)用和管理。
( 7 ) 應(yīng)用軟件：建立在物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)之上，為終端提供豐富的對外功能，除了提供必要的業(yè)務(wù)功能外，也會臨時存放敏感數(shù)據(jù)，同時還會根據(jù)版本迭代不斷更新升級。
3 物聯(lián)網(wǎng)終端面臨的安全風(fēng)險
3.1 硬件安全風(fēng)險
( 1 ) 終端硬件結(jié)構(gòu)簡單，安全能力薄弱。因為成本原因，很多物聯(lián)網(wǎng)終端結(jié)構(gòu)簡單。例如，智慧農(nóng)業(yè)、 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，這些場景的終端主要結(jié)構(gòu)就是各類傳感器，有些終端甚至不具備基本的身份校驗、加密完整性保護安全能力。另外，采用RFID、NFC技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)終端結(jié)構(gòu)也很簡單，極易被竊取信息，進行非法操作、非法交易等。
( 2 ) 終端數(shù)量龐大，多數(shù)終端無人值守。智慧城市、智慧家居場景的物聯(lián)網(wǎng)終端結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但是由于終端數(shù)量極其龐大，一旦被攻擊者非法控制，很容易形成大面積的僵尸網(wǎng)絡(luò)，進而進行DDoS攻擊。智慧家居由于與公眾直接接觸，一旦被攻破會直接造成公眾的隱私泄露、財產(chǎn)損失等。智能攝像頭、智能井蓋等終端無人值守，暴露在外的硬件接口容易被攻擊者直接利用，終端也容易被直接破壞。
3.2 軟件安全風(fēng)險
( 1 ) 終端操作系統(tǒng)、軟件本身存在漏洞。一些復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)終端包括操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件，多數(shù)終端出廠以后從入網(wǎng)到報廢整個周期沒有操作系統(tǒng)補丁升級、軟件升級的過程，針對開源的操作系統(tǒng)，容易被黑客利用系統(tǒng)本身存在的漏洞。操作系統(tǒng)一些接口（Telnet、SSH、FTP等）沒有默認(rèn)關(guān)閉，也容易被攻擊者利用進行非法操作。
( 2 ) 終端接入方式多樣，缺乏統(tǒng)一接入認(rèn)證流程。物聯(lián)網(wǎng)無線接入方式主要分為授權(quán)、非授權(quán)兩種。授權(quán)接入包括eMTC和NB-IoT，該類物聯(lián)網(wǎng)終端無論是接入認(rèn)證還是加密完整性保護都是在基礎(chǔ)電信企業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)中驗證過的，安全能力可靠。非授權(quán)接入主要包括LoRa、ZigBee、Wi-Fi和藍牙，此類接入方式?jīng)]有統(tǒng)一的接入認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)流程，都是采用自有協(xié)議的認(rèn)證流程，攻擊者會利用不同協(xié)議的漏洞進行攻擊。
3.3 數(shù)據(jù)安全風(fēng)險
( 1 ) 密鑰等系統(tǒng)信息沒有加密存儲。由于部分物聯(lián)網(wǎng)終端結(jié)構(gòu)簡單，不支持復(fù)雜的加密算法，密鑰等系統(tǒng)關(guān)鍵信息沒有加密存儲或者采用的加密算法相對簡單，攻擊者獲取到密鑰或者關(guān)鍵信息后會直接進行非法操作。還有一些終端的密碼沒有采用復(fù)雜密碼規(guī)則或者使用系統(tǒng)默認(rèn)的簡單密碼，攻擊者登陸到終端系統(tǒng)后可以直接控制終端，進而控制大量終端進行DDoS攻擊。
( 2 ) 用戶數(shù)據(jù)泄露危害大。攝像頭、智能門鎖等物聯(lián)網(wǎng)終端直接接觸公眾，終端使用過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)涉及公眾的隱私，無論是終端中存儲的用戶數(shù)據(jù)還是用戶在使用數(shù)據(jù)過程中的傳輸數(shù)據(jù)，一旦泄露會直接對公眾的生命財產(chǎn)造成重大威脅。
( 3 ) 數(shù)據(jù)源污染。隨著物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，必定會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，針對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)源的管控非常必要，數(shù)據(jù)源頭一旦異常，比如智能電表數(shù)據(jù)異常，就會對個人的財產(chǎn)安全造成損害。智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)等應(yīng)用如果數(shù)據(jù)源出現(xiàn)問題，針對數(shù)據(jù)源進行的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果就會出現(xiàn)偏差甚至錯誤，會嚴(yán)重威脅社會穩(wěn)定、國家安全。
4 物聯(lián)網(wǎng)終端不同模塊應(yīng)該具備的安全能力
4.1 硬件安全能力要求
物聯(lián)網(wǎng)硬件應(yīng)該具備防硬件拆除的安全能力，終端如果檢測到正在遭受非法拆除，應(yīng)該具備預(yù)警能力。終端應(yīng)禁止感知終端閑置的外部接口（USB、串口，JTAG、RJ45接口等）；驗證連接設(shè)備的調(diào)試/通信接口時，密碼不能為弱口令，應(yīng)存在連接超時檢查機制、接口自動鎖定機制。通信模塊應(yīng)使用加密算法和完整性保護算法保證通信的加密，避免側(cè)信道攻擊。蜂窩通信模塊應(yīng)具有不可更改的設(shè)備IMEI號，為了避免2G偽基站 攻擊，以及3G網(wǎng)絡(luò)逐漸退網(wǎng)，建議采用4G/NB-IoT/eMTC網(wǎng)絡(luò)，避免使用2G/3G網(wǎng)絡(luò)。BLE 4.2版本及以上的模塊應(yīng)使用低功耗安全連接（LE Secure Connections）功能。ZigBee模塊應(yīng)使用訪問控制模式或安全模式進行通信，不能使用非安全模式進行 通信。
4.2 軟件安全能力要求
4.2.1 操作系統(tǒng)安全能力要求
( 1 ) 物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該具備賬戶管理安全能力，比如對用戶進行身份鑒別、提供用戶賬戶的分級管理（管理員、維護員、訪客等）、禁止業(yè)務(wù)需求以外的端口（Telnet、SSH、FTP、SFTP等）、單點登錄控制、鎖定長時間無操作用戶等。
( 2 ) 物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該具備資源訪問控制安全能力，比如設(shè)置系統(tǒng)中客體（文件、文件夾、進程等）的訪問屬性、訪問控制屬性應(yīng)包含讀、寫、執(zhí)行等訪問權(quán)限設(shè)置。
( 3 ) 物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該具備安全審計能力，比如為操作系統(tǒng)事件生成審計記錄，事件包括系統(tǒng) 運行記錄、系統(tǒng)更新升級記錄、報警記錄、操作日志、網(wǎng)絡(luò)流量記錄、用戶行為記錄、配置信息等。審計記錄應(yīng)包括日期、時間、操作用戶、操作類型等。
( 4 ) 物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該具備安全防護能力，比如按照策略進行系統(tǒng)補丁更新和升級，與服務(wù)端建立連接要有認(rèn)證過程，保證更新的數(shù)據(jù)來源是合法和完整的，應(yīng)具備安全防護能力，如惡意代碼防范、反編譯防護。
4.2.2 應(yīng)用軟件安全能力要求
( 1 ) 物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用軟件應(yīng)具備賬號管理安全能力，比如對用戶進行身份鑒別、系統(tǒng)文件不應(yīng)明文存儲用戶賬號、密碼等敏感信息、用戶賬號相關(guān)動態(tài)信息（如驗證碼）應(yīng)該有保護機制（如時效性等）。
( 2 ) 物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用軟件安全防護能力，比如按照策略進行軟件補丁更新和升級、應(yīng)具備安全防護能力，如惡意代碼防范、反編譯防護等。
4.2.3 接入認(rèn)證安全能力要求
物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)具備接入認(rèn)證安全能力，比如終端應(yīng)該具備對控制端雙向接入認(rèn)證、身份識別機制，終端應(yīng)能鑒別下達指令者的身份（如黑白名單），當(dāng)鑒別應(yīng)答超過規(guī)定時限時，接入系統(tǒng)應(yīng)能終止與待接入的感知層接入實體之間的當(dāng)前會話。
4.3 數(shù)據(jù)安全能力要求
物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)具備數(shù)據(jù)安全能力，比如密鑰、用戶數(shù)據(jù)在產(chǎn)生、存儲、傳輸、銷毀、恢復(fù)、徹底刪除等過程中均受到安全機制的保護（如加密存儲等），不應(yīng)明文存儲數(shù)據(jù)庫連接密碼、FTP服務(wù)密碼、登錄密碼、外部系統(tǒng)接口認(rèn)證密碼等敏感數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)保證敏感通信數(shù)據(jù)在傳遞過程中可抵御監(jiān)聽或篡改，保障數(shù)據(jù)的保密性、完整性和有效性。
5 結(jié)束語
隨著5G網(wǎng)絡(luò)逐步商用，萬物互聯(lián)時代的到來，國家也積極推動物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的部署，在政策與市場雙重驅(qū)動下物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迎來了重要機遇。物聯(lián)網(wǎng)安全在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中不可或缺，物聯(lián)網(wǎng)終端安全更是物聯(lián)網(wǎng)安全的重中之重。物聯(lián)網(wǎng)終端需要繼續(xù)提升安全能力，為物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展添磚加瓦、保駕護航。
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原文來源：信息通信技術(shù)與政策
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