1. 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及應(yīng)用
維基百科對物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of Things）的定義是：物聯(lián)網(wǎng)是將物理設(shè)備、車輛、建筑物和一些其他嵌入電子設(shè)備、軟件、傳感器等事物與網(wǎng)絡(luò)連接起來，使這些對象能夠收集和交換數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)允許遠(yuǎn)端系統(tǒng)通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施感知和控制事物，可以將物理世界集成到基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而提高效率、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)利益。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐步融入到我們的生活中來，從應(yīng)用于家庭的智能恒溫器、智能電燈等設(shè)備，到與身體健康相關(guān)的智能穿戴設(shè)備等。每一種智能物聯(lián)設(shè)備的出現(xiàn)，都顛覆或改善人類的生活方式。
物聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的泛在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)新階段，它可以通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，綜合應(yīng)用海量的傳感器、智能處理終端、全球定位系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的隨時(shí)隨地連接，實(shí)現(xiàn)智能管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)了信息產(chǎn)業(yè)革命的第三次浪潮，將成為未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也關(guān)系到國家在未來對一些物理設(shè)施的安全利用和管控。
物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)通常認(rèn)為有3個(gè)層次：底層是用來感知（識(shí)別、定位）的感知層，中間是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，上面是應(yīng)用層。感知層負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)信息和數(shù)據(jù)的采集，包括以傳感器為代表的感知設(shè)備、以RFID為代表的識(shí)別設(shè)備、GPS等定位追蹤設(shè)備以及可能融合上述功能的智能終端等；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)信息和數(shù)據(jù)的傳輸，將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層進(jìn)行分析處理，具體的網(wǎng)絡(luò)支持Ethernet、Wi-Fi、RFID、NFC（近距離無線通信）、ZigBee、6LoWPAN（IPv6低速無線版本）、Bluetooth、GSM、GPRS、GPS、3G和4G等，每一種通信應(yīng)用協(xié)議都有一定適用范圍，而物聯(lián)網(wǎng)核心通信架構(gòu)則依然構(gòu)建的傳統(tǒng)的 TCP/IP 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)上；應(yīng)用層對通過網(wǎng)絡(luò)層傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終為用戶提供豐富的特定服務(wù)，如智能電網(wǎng)、智能物流、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能交通、智能家居、智慧城市等。
另外，MQTT、DDS、AMQP、XMPP、JMS、REST、CoAP等協(xié)議都已被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)，但在具體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮實(shí)際場景的通信需求來選擇合適的協(xié)議。以智能家居為例，可使用XMPP協(xié)議控制智能燈的開關(guān)，使用DDS協(xié)議監(jiān)控電力供給側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)組狀況，使用MQTT協(xié)議巡查和維護(hù)電力輸送線路狀況，使用AMQP協(xié)議傳輸家用耗電數(shù)據(jù)到云端或家庭網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行分析，最后用戶還可以使用 REST/HTTP 實(shí)現(xiàn)智能家居能耗查詢的互聯(lián)網(wǎng)API服務(wù)。
2. 物聯(lián)網(wǎng)面臨的安全挑戰(zhàn)
物聯(lián)網(wǎng)在給人們的生活帶來便利的同時(shí)，也會(huì)給人們帶來種種隱憂。2014年，研究人員演示了如何在15s的時(shí)間內(nèi)入侵家里的恒溫控制器，通過對恒溫控制器數(shù)據(jù)的收集，入侵者就可以了解到家中什么時(shí)候有人、他們的日程安排是什么等信息。許多智能電視帶有攝像頭，即便電視沒有打開，入侵智能電視的攻擊者可以使用攝像頭來監(jiān)視您和您的家人。攻擊者在獲取對于智能家庭中的燈光系統(tǒng)的訪問后，除了可以控制家庭中的燈光外，還可以訪問家庭的電力，從而可以增加家庭的電力消耗，導(dǎo)致極大的電費(fèi)賬單。種種安全問題提示人們，在享受物聯(lián)網(wǎng)帶來的方便快捷的同時(shí)，也要關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)的安全問題。事實(shí)表明，攻擊者可以攻破智能汽車系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)威脅人們的生命安全。例如在2015年，因?yàn)?ldquo;黑入”一輛切諾基吉普車的實(shí)驗(yàn)被曝光，菲亞特克萊斯勒汽車公司召回了140萬輛面臨黑客攻擊風(fēng)險(xiǎn)的汽車。
與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的通信，通信的對象擴(kuò)大到了物品。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，因此，物聯(lián)網(wǎng)的安全也是互聯(lián)網(wǎng)安全的延伸，物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系是密不可分、相輔相成的。但是物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)的組織形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)功能以及性能上的要求都是不同的，物聯(lián)網(wǎng)對實(shí)時(shí)性、安全可信性、資源保證等方面有很高的要求。物聯(lián)網(wǎng)的安全既構(gòu)建在互聯(lián)網(wǎng)的安全上，也有因?yàn)槠錁I(yè)務(wù)環(huán)境而具有自身的特點(diǎn)?？偟膩碚f，物聯(lián)網(wǎng)安全和互聯(lián)網(wǎng)安全的關(guān)系體現(xiàn)在：物聯(lián)網(wǎng)安全不是全新的概念，物聯(lián)網(wǎng)安全比互聯(lián)網(wǎng)安全多了感知層，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的安全機(jī)制可以應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)安全比互聯(lián)網(wǎng)安全更復(fù)雜。
從安全防御體系的角度，物聯(lián)網(wǎng)的安全也可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)分為感知層安全、網(wǎng)絡(luò)層安全和應(yīng)用層安全。感知層安全的設(shè)計(jì)中需要考慮物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的計(jì)算能力、通信能力、存儲(chǔ)能力等受限，不能直接在物理設(shè)備上應(yīng)用復(fù)雜的安全技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層安全用于保障通信安全，應(yīng)用層則關(guān)注于各類業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)的支撐平臺(tái)的安全。
從安全攻擊實(shí)戰(zhàn)的角度，物聯(lián)網(wǎng)安全主要面臨三大方面的挑戰(zhàn)：代碼漏洞、物聯(lián)隱患、防不及攻。
代碼漏洞。從計(jì)算機(jī)誕生那一刻起，與之相依相存的代碼程序就一直在軟件層面推動(dòng)著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和變革，而作為代碼與生俱來的漏洞，則成為了誘發(fā)各類安全問題的關(guān)鍵所在。數(shù)據(jù)顯示，軟件行業(yè)平均每1000行代碼中約有30個(gè)漏洞，Linux內(nèi)核每10000行代碼里則會(huì)出現(xiàn)1～5個(gè)漏洞。如今的車載信息娛樂系統(tǒng)軟件代碼一般都超過1億行，而無人駕駛系統(tǒng)的代碼量更會(huì)達(dá)到甚至超過2億行。如此復(fù)雜的系統(tǒng)背后，潛藏著大量未知的安全漏洞，也意味著代碼安全漏洞依然是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代黑客對智能設(shè)備發(fā)起攻擊的聚焦點(diǎn)。例如，通過對智能設(shè)備固件內(nèi)部的代碼進(jìn)行挖掘分析，找到加密方法和密鑰，就能分析出消息回話的內(nèi)容（賬號(hào)密碼、隱私信息、機(jī)密數(shù)據(jù)等），有些密鑰甚至都固化在智能終端的代碼里?？傮w而言，代碼嵌入在智能終端面臨雙重考驗(yàn)，一是安全測試很難把控，因?yàn)橹悄芙K端往往是分布式開放的環(huán)境下運(yùn)行的，易受各類安全攻擊；二是代碼容易被反編譯盜取、復(fù)制、篡改等，更容易造成對終端的安全攻擊。
物聯(lián)隱患。隨著智能設(shè)備紛紛接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，為人們提供了更為多元化、全面的服務(wù)，但在這些設(shè)備所打開諸多對外鏈接接口的背后，危機(jī)已然降臨。2020年全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備達(dá)到250億，也就是說未來會(huì)有更多的設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。聯(lián)網(wǎng)越多，被打開的接口就越多，黑客可以利用的攻擊面就越大。當(dāng)年著名的震網(wǎng)病毒利用移動(dòng)機(jī)制進(jìn)入物理隔離的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，通過操控 PLC 數(shù)據(jù)導(dǎo)致伊朗納坦茲濃縮鈾工廠約20%的離心機(jī)失控、報(bào)廢。而 2017年，震驚全球的美國斷網(wǎng)事件，卻僅僅是黑客通過操控網(wǎng)絡(luò)攝像頭及相關(guān)的DVR錄像機(jī)發(fā)起物聯(lián)網(wǎng)DDoS攻擊測試所導(dǎo)致的。一時(shí)間，Twitter、Paypal、Spotify、Netflix、Airbnb、Github、Reddit以及紐約時(shí)報(bào)等美國知名網(wǎng)站皆無法訪問。早期的智能終端設(shè)備雖然未采取基本安全防護(hù)措施，但由于不與外界連接，處于隔離環(huán)境，所以沒有顯露出安全風(fēng)險(xiǎn)。智能終端的存在使物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊界已模糊，并且智能終端的安全防護(hù)考慮幾乎沒有，聯(lián)網(wǎng)帶來的安全攻擊風(fēng)險(xiǎn)已超出人們的想象，智能終端往往是直接面向用戶的，容易引發(fā)規(guī)模性災(zāi)難。
防不及攻。一般的物聯(lián)網(wǎng)智能終端設(shè)備購買門檻低，用戶可以隨意研究破解、阻止升級等操作，即終端設(shè)備都會(huì)可能遭受白盒攻擊。當(dāng)運(yùn)行在一個(gè)完全被控的環(huán)境時(shí)，智能設(shè)備的所有者即成為了攻擊者。攻擊者可通過充電樁、道路交通牌、手機(jī)APP等入侵智能汽車，也可通過可穿戴設(shè)備間接攻擊移動(dòng)支付系統(tǒng)等。智能終端可能是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)里最不起眼、最為薄弱的一環(huán)，但攻擊者可以借助蝴蝶效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)目標(biāo)的最終破壞。更重要的是，當(dāng)前的安全防護(hù)都是基于現(xiàn)有技術(shù)，但針對快速發(fā)展的智能設(shè)備卻在不斷產(chǎn)生新的攻擊方法，因此以現(xiàn)有的安全機(jī)制防御未來可能的攻擊，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)處于一種防不及攻的狀態(tài)。
來源：計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)安全
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