物联网安全-刘有君组

2. 物品信息传输链路中节点Ri的签密私钥为 SK i [1, Q 1] 公钥为 PKi g sk modP
i
g [1,...,P -1]
可信匿名认证的ONS查询机制

查询机制过程图
L-ONS注册查询服务

TAS分配给L-ONS唯一的临时身份标识号 TIDLONS 秘密数 S LONS :
R-TIS响应消息Message初始化算法
计算R-TIS与各节点 之间的会话密钥
计算各节点之间的 路由鉴别信息JR
计算传输密钥
封装查询响应数据
计算路由鉴别信息 FR和LR
消息进行加密和数 字签名
1
2
3
4
5
6
消息发送
响应消息Message在节点间的转发
计算下一个节点的H(ID) 验证转发数据的完 整性 计算出节点的会话密 钥对数据解密 对数据进行加密，并 获得下个节点的IP
匿名度仿真讲解
由上边的事件可以知道以下两个概率： 1，最后1个恶意节点在链路中第x个节点的概率
1 p） Q(Mx)=（ p
(n x)
2， 最后1个恶意节点在链路中第n个节点及之前的概率
* p (1 p) * p .... (1 p)* p Q(MM-)=（1 p）
0

匿名度 d=p(I/H1+)*Q（R/Mn-）=
(1

变化趋势图、节点数对匿名度的影响图
(1 p) p )(1 p
2 np
np 1
)
n>=10 , p>=0.4 时，匿名度趋近于0，可知这个机制有很强的匿名性
参考文献
[1] 吴振强,周彦伟,马建峰. 物联网安全传输模型[J]. 计算机学报. 2011(08) [2] 武传坤. 物联网安全架构初探[J]. 中国科学院院刊. 2010(04)
[3] 杨庚,许建,陈伟,祁正华,王海勇. 物联网安全特征与关键技术[J]. 南京邮
电大学学报(自然科学版). 2010(04) [5] 单承赣,焦宗东,张忞琦. EPC物联网中的“信使”——ONS[A]. 2007中 国（第二届北京）国际RFID技术高峰论坛会论文集[C]. 2007 [6] 刘化君,刘传清. 物联网技术[M]. 电子工业出版社. 2010
实现了物理实体之间的广泛互联
物联网逻辑架构
应用层
• 综合的或有个体特征的具体应用业务，如智能交通、环境检测、公共安全等。 处理层 • 负责从网络中接收并处理信息，如数据挖掘、智能计算、并行计算、云计算。
传输层 • 负责传递信息。包括互联网、移动网、国家电力专用网、广播电视网、WiMAX等。 感知层 • 负责全面感知外界信息。包括二维码、RFID装置、各类传感器、图像捕捉装置（摄 像头）、全球定位系统（GPS）、激光扫描仪等。
物品信息可信匿名传输机制分析

安全性分析
信息泄露量少 节点可确认数据的真实性以及传输链路

可信性分析 匿名性分析
身份 位置 通信
匿名度仿真讲解

匿名度 它是一个正确推断出发送者以及接收者身份的概率，越接近于0，说明匿名性越
好

假设物品信息匿名传输链路上有n个节点，其中有c个恶意节点，并且发送者在
第0个节点的位置，接受者在第n+1个节点的位置，则可知传输过程中有效节点 的概率p=1-c/n。

定义三个事件： 1，Hx(1<=x<=n-c)表示第1个恶意节点是链路的第x个节点的事件
2，Hx+表示第1个恶意节点在第x个节点及之后节点的事件
3，I表示第1个恶意节点猜中发送者身份的事件
匿名度仿真讲解
i 1
p
n c
当第1个恶意节点是链路的第1个节点时，它的前驱节点即为发送者，则恶意节 点猜中发送者的概率为1，即
p(I/H1)=1
当第1个恶意节点是链路的第 2个节点或者之后节点时，它的前驱节点不可能 为发送者，即恶意节点猜中发送者的概率为0，即
p(I/H2+)=0
匿名度仿真讲解
因为 p(I)= p(H1)*p(I/H1)+p(H2+)*p(I/H2+)=1-p 又因为 p(I)= p(H1+)*p(I/H1+)
Root-ONS根据标签编码信息将 R-ITS的网络地址发给L-ONS
(uri, Nouce, Sig Root ONS , TRoot ONS )
成员证书

证书的基本信息 有效期、颁发时间、授权对象的TID信息、Root-ONS的签名信息

证书的合法性验证 1. 验证签名信息 2. 验证当前时间是否有效
物联网安全传输模型
系统建立

G1（加法群，生成元为p）和G2（乘法群）是阶为素数q的群，G1、 G2中离散对数问题是困难的，满足双线性对： e : G1 G1 G2 P是大素数，Q是P-1 的大素数因子

假设
1. 根ONS服务器和TAS都有物联网管理中心签署的公钥证书，证书:
Cert A {IDA , KPA , DateA , LFA , E( KPr ivCAIoT , IDA || KPA || DateA || LFA )}
成员证书的合法性验证
ONS , Sig (code , Nouce, TL LONS )
(uri, Nouce, Sig Root ONS , TRoot ONS )
物品信息可信匿名传输机制

R-TIS按响应链路中各节点的顺序从后至前用相邻节点的会话密钥对查 询信息层层嵌套加密，传输过程中，响应数据每经过一个节点被解密 一层，直到L-TIS时数据才被完全解密，且中间节点可根据前驱结点的 签密信息验证转发数据的完整性，根据路由信息鉴别转发路径的真实 性。
1
n c
(1 p) p
i c
n
n x
1 p
n c 1
当最后1个恶意节点是链路的第n个节点时，它的后驱节点即为接受者， 则恶意节点猜中接受者的概率为1，即 Q(R/Mn)=1 当最后1个恶意节点是链路的第n-1个节点或者之前节点时，它的后驱 节点不可能为接受者，即恶意节点猜中接受者的概率为0，即 Q(R/M(n-1)-)=0
恶意指令分析和预防，访问控制及灾难恢复机制
保密日志跟踪和行为分析， 恶意行为模型的建立 密文查询、秘密数据挖掘、安全多方计算、安全云计算技术等 移动设备文件（包括秘密文件）的可备份和恢复 移动设备识别、定位和追踪机制
应用层安全需求

如何根据不同访问权限对同一数据库内容进行筛选 如何提供用户隐私信息保护，同时又能正确认证 如何解决信息泄露追踪问题 如何进行计算机取证 如何销毁计算机数据
如何保护电子产品和软件的知识产权
非技术因素

教育 资源管理

管理
物理安全管理
人力安全管理 口令管理

立法保护
现有安全模型
物联网的EPC体系结构
现有安全模型
ONS工作流程
③
④ ②
⑤
①
物联网安全传输模型
引入可信第三方---可信认证服务器TAS
在ＯＮＳ查询机制中增加可信匿名认证 过程
物品信息的可信匿名传输机制
匿名度仿真讲解
因为 Q(R)= Q(Mn)*Q(R/Mn)+Q(M(n-1)-)*Q(R/M(n-1)-)=1-p 又因为 Q(R)=Q(Mn-)*Q(R/Mn-)
所以，恶意节点正确推断出消息接受者的概率 Q（R/Mn-）=
1 p 1
p
n c 1

1 p 1
p
np 1
匿名度仿真讲解
3. 验证身份
计算 TIDL-ONS TIDL-ONS Ni1 Ni2 ... N0
L-ONS持成员证书申请查询服务
L-ONS
Root-ONS
(SigLONS , TIDLONS i , E(ki , TCertLONS || X i ),TLONS )
(SigRoot ONS , TRoot ONS , E(ki , Ni ))


智能变为低能
自动变为失控 灾难控制和恢复 非法人为干预（内部攻击） 设备 （特别是移动设备）的丢失
处理层安全机制

可靠的认证机制和密钥管理方案 高强度数据机密性和完整性服务 可靠的密钥管理机制，包括 PKI 和对称密钥的有机结合机制 可靠的高智能处理手段 入侵检测和病毒检测
S LONS H ( IDLONS || NumTAS )
TIDLONS SLONS IDLONS IDTAS
L-ONS申请查询服务
L-ONS
(TIDLONS , L ONSTPM , TLONS , SigLONS )
Root-ONS
TAS
TIDLONS , Nouce , L ONSTPM , SigRoot ONS , CertRoot ONS , TRoot ONS )
所以 可知恶意节点正确推断出消息发送者的概率
p(I/H1+)=
1 p 1
p
n c

1 p 1
p
np
匿名度仿真讲解
同理，我们来看恶意节点正确推断出消息接受者的概率

定义三个事件： 1，Mx(c<=x<=n)表示最后1个恶意节点是链路的第x个节点的事件 2，Mx-表示最后1个恶意节点在第x个节点及之前节点的事件 3，R表示最后1个恶意节点猜中接受者身份的事件
L-ONS的身份合法性及平台可信性验证
( E(k , N0 || TCertLONS ), SigRoot ONS ) (Re sult, Nonce, E( KPRoot ONS , X 0 ),TTAS , CertTAS , SigTAS )