物联网安全架构与服务计算安全

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图１ 物联网四层体系架构
（ １ ） 对象感知层 包括所有可用的信息采集的无线和有线设备， 如： Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ 、 智能卡、 传感器、 红外感应器、 摄像头、 Ｇ Ｐ Ｓ …… 对象感知 层 特 征 是 感 知 单 元 络方式， 通过网关节点实现 外联通信。外界（ 访问） 也通过网关节点， 或传感网内 节点实现节点与节点之间身份认证、 数据加密操作。 很多特殊传感网多以单传感节点或单网关方式实现信 息采集与操作。 ２ ） 数据交换层 （ 由互联网、 移动网络（ 自组网） 、 专用网、 三网融合
２ ０ １ １年 １ ０月 保密科学技术
， 如图
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第二十一届全国信息保密学术会议（ Ｉ Ｓ ２ ０ １ １ ） 论文集
等现有网络和新一代网络中的各种路由转发设备、 服 务器（ 刀片服务器） 、 移动智能处理设备（ 高级终端 Ａ ｇ ｅ ｎ ｔ 系统） 、 专用存储系统等组成。主要完成由底层采 集的数据向给定的网络平台传输和交换、 处理和存储 数据信息。 （ ３ ） 信息整合层 完成来自不同异构网络的异构数据处理和汇集各 种融合处理的计算技术。处理层要解决的问题是异构 平台、 异构网元和异构数据怎么统一处理问题。 ４ ） 应用服务层 （ 根据不同的应用对象， 实时按需完成各种服务计 算任务（ 包括： 移动服务计算、 融合服务计算、 代理服 务计 算、 云 服 务 计 算、 普 适 服 务 计 算、 大众服务计算 等） 和安全调度管理。 当前， 无论企业界还是学术界， 关注和研究物联网 发展的高潮正在兴起。具体地说， 企业界将为开发物 联网所需的各种运行设备而研制新产品， 学术界将为 物联网更好运行， 研究各层之间的相互关系而探讨科 学和应用问题。比如， 学术界关注的要解决的科学问 题包括： 物联网体系结构理论模型网络、 高效融合与动 态自治的机理与方法、 物联网信息整合与交互的理论 和方法、 物联网服务提供机理和方法、 物联网验证平台 和典型应用示范等等。 然而， 在物联网快速发展的同时， 物联网的安全问 题则成为不可忽视的关键问题。面临复杂的数据来源 背景， 从数据机密性、 完整性、 可用性和可控性角度出 发， 我们就要解决物联网信息的保真性问题， 也就是指 如何应对物理世界的感知需求， 实现和保证物联网系 统全面、 准确、 真实地刻画和反映物理世界， 满足决策 控制输入真实数据要求的问题。其次物联网执行的忠 实性问题是指如何应对物理实体的控制需求， 实现和 满足系统的可靠执行过程与结果能够符合设计预期， 达到可 信 接 入、 可 信 处 理、 可信存储和可信控制的 问题。
案。这些服务计算包括： 移动服务 计算、 融 合服务计 算、 代理服务计算、 普适服务计算、 云服务计算和大众
６ － ８ ］ 。 服务计算等 ［
３ ． １移动服务计算的实时性
物联网对象感知层仍然会用到大量的移动服务计 算类型， 而移动服务计算的主要特点就是： 所有网上的 计算机和终端设备可移动性， 能快速、 方便地实现互联 互通。移动服务计算环境主要由无线传感器、 无线网 卡、 无线接入点（ Ａ Ｐ ） 、 计算机和终端设备组成， 它能满 足物联网的对象感知层的基本服务的实时性需求， 而 且将在物联网中发挥作用。 移动服务计算安全问题主要涉及移动代理服务器 的安全、 移动代理自身的安全、 移动 Ｉ Ｐ与安全接入、 移 动智能终端的安全认证与安全维护等。
受到的安全威胁也各有不同， 既有共性也有特殊性。 我们先分层探讨各层的安全威胁， 才能正确给出安全
４ ， ５ ］ 。 体系结构和安全对策 ［
２ ． １物联网安全威胁
（ １ ） 对象感知层安全威胁 主要表现为各种传感器设备、 智能终端的安全接 入问题， 外部节点的标识、 识别、 认 证、 控制等问题突 出， 传感网的节点易被攻击者屏蔽、 控制， 节点密钥易 暴露等缺陷； 特别在无线通信网环境中， 一旦多节点被 屏蔽和控制， 就会直接影响移动网的连通性。另一方 面， 对象感知层主节点（ 包括节点簇头） ， 一旦被控制， 也会使节点间共享密钥失效， 数据就有可能被伪造、 假 冒； 换句话说， 传感网的网关节点如果被攻击者控制， 直接威胁系统安全， 影响智能处理层工作； 而且， 传感 Ｄ ｏ Ｓ攻击， 区分正常访问与攻击 网的节点易受网络 Ｄ 数据包也是技术棘手问题， 这些都是突出的问题。 ２ ） 数据交换层安全威胁 （ 因为数据交换层除了一些自治传感网的数据转发 传输外， 大量数据必须借助各种网络平台完成数据传 输功能。因此， 现有典型网络中的各种垃圾数据传播、 各种网络攻击（ 如假冒、 截获、 伪装、 中间人攻击） 危害 性很大， 黑客跨站攻击、 下一代网络新攻击等同样是常 见攻击现象， 危害性甚至更加严重。 （ ３ ） 信息整合层安全威胁 物联网信息整合层数据面临着高混 杂的 处理过 程， 在还没有统一规范的数据处理发展过程中， 更多的 要求是需要智能化的快速处理。因此， 高度要求的智 能处理技术也是物联网的关键技术。反过来， 高智能 化处理同样带来许多问题。比如： 智能处理一旦失控， 更易被攻击者利用高智能技术进行破坏， 诸如变异病 毒和木马就会乘虚而入。许多智能化的设计， 如果出 现人为攻击， 就会由自动变为更恶劣的失控。一些面 向终端的小型高智能化的存储设备， 万一丢失也会造 成不可避免的损失。 ４ ） 应用服务层安全威胁 （ 由于物联网终端多、 数据量大、 异构网络明显、 系 统平台多样化、 应用对象形式多样， 造成安全问题复杂
１所示。
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应用服务层
物联网（ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｏ ｆ Ｔ ｈ ｉ ｎ ｇ ｓ ） 作为一种全新的实际
１ ］ 应用网络 ［ ， 或者在更广意义上说作为一种物化虚拟
信息整合层 数据交换层 对象感知层
网络与物理世界物物相联的真实的现实网络出现， 已 经不是一个梦想。１ ９ ９ ９年 Ｍ Ｉ ＴＡ ｕ ｔ ｏ －Ｉ Ｄ中心的 Ａ ｓ ｈ 教授在研究射频识别（ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ ） 时首先提出， 并在美 ｔ ｏ ｎ 国召开的移动计算和网络国际会议上明确给出物联网 这个概念， 立即引起人们的普遍关注。它通过射频识 别、 红外感应器、 全球定位系统、 激光扫描器等信息传 感设备， 在计算机互联网的基础上， 按约定的通信协 议， 把任何物品与互联网连接起来， 进行信息交换和通 讯， 以实现智能化识别、 定位、 跟踪、 监控和管理， 构造 了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。物 联网不受严格条件限制， 任何时间、 任何物体和任何地 点可以让物体“ 拟人化” 相联、 相通和相知， 标志着它 的发展和对未来网络社会的推动作用， 其影响将不可 估量。 物联网的本质特征由 ４层体系架构组成
３ ． ２融合服务计算的联盟性
据交换层安全架构必须强化建立不同移动通信网的端 点认证机制、 保证移动网中的源 ／ 目节点可信， 跨域、 跨 网、 跨站认证机制有效； 健全数据和数据流保密、 完整 的传输机制； 建立预防数据包传输过程的 Ｄ Ｄ ｏ Ｓ攻击、 防御机制； 强化轻量级高安全的密码技术在端对端、 节 点对 节 点、 密 钥 管 理、 密 码 协 商 算 法、 协议验证以及 Ｐ Ｋ Ｉ 技术等应用。 （ ３ ） 信息整合层安全策略 信息整合层安全最基本需求就是要做到高智能化 整合和处理各种异构数据。做到可靠认证数据源消息 保真性， 完成机密性与完整性判定； 通过数据挖掘、 密 文查询、 ｋ ｉ ｌ ｌ 标签、 法拉第网罩、 主动干扰、 安全多方计 算、 安全云计算等手段， 实现密文可控、 隐私保护和数 据及身份恢复等。 （ ４ ） 应用服务层安全策略 由于物联网应用服务层受需求环境不同 平台的
２ ． ２物联网安全体系架构
根据物联网各层安全威胁的结果分析， 我们给出
图２ 物联网安全架构模型
（ １ ） 对象感知层安全策略 因为对象感知层安全需求物化对象可信感知与接 入安全， 对传感器设备和智能终端就要求可信感知和 可信接入， 需要强调访问控制安全， 对节点认证、 机密 性、 密钥协商、 信誉评估、 安全路由等都提出很高要求。 特别在传感网内部， 通过应用机密性（ 对称密码） 、 节 点认证（ 对称密码） 、 密钥协商（ 会话密码） 、 入侵检测 和安全路由等措施， 保证对象感知层安全。当然， 对于 安全强度高， 资源浪费少的需求， 更需要采用轻量级密 码算法、 协议安全和等级保护密码技术。 （ ２ ） 数据交换层安全策略 考虑数据交换层安全需求侧重在网络环境和数据 流的传输安全， 该层对互联网、 ３ Ｇ网络、 三网融合和下 一代互联网的安全有更新要求， 比如身份认证、 跨域一 致性和兼容性认证、 数据和数据流的机密性与完整性、 Ｄ ｏ Ｓ 攻击防护等更加突出。因此， 数 隐私保护， 以及 Ｄ
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考虑到物联网架构的 ４个层次的不同特征， 它们
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物联网安全架构与服务计算安全
难预测； 加上数据共享典型， 隐私保护差、 访问权限可 控有限， 也易造成数据泄露等。而且， 应用场景不同安 全需求也不同、 隐私保护特殊性要求更高等问题比较 突出。
物联网安全体系架构的模型， 如图 ２所示。首先， 任何 物联网的可靠运行， 都必须在国家和相关行业部门制 定的安全法律法规和政策的框架下， 实施安全策略和 安全管理。只有这样才能有针对性地根据各层信息安 全需求和安全策略， 应用安全手段和技术做好安全保 ４个层次的安全 障和安全风险评估工作。具体来说， 策略分析如下。
物联网安全架构与服务计算安全
物联网安全架构与服务计算安全
□ 林柏钢 福州大学数学与计算机科学学院信息安全与网络工程系 福建省高校网络系统信息安全重点实验室 物联网的安全问题牵涉到物联网能否真正得到推广应用的关键问题。本文从物联网构 摘 要： 造本质的 ４个层次论述了物联网的安全架构问题， 并从机密性、 完整性、 可用性和可控性角度出发， 分析了物联网中几种典型的服务计算的安全问题和安全策略， 最后对物联网安全等级保护给出几点 思考。 关键词： 物联网安全架构； 安全要素分析； 服务计算安全； 等级保护思考