《物联网信息安全》(桂小林版)(第2章)详解
精品课件-物联网信息安全(于旭-第2章
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第2章 物联网信息安全的数学基础
2.1.4 中国剩余定理
定义2-6 一次同余方程：同余式 ax b(mod n), a 0(mod n) 是含有一个未知量x的一次式，叫做一次同余方程。若存在
x cZ 代入上述方程使两边同余，则c为上述方程的一个
解。上述方程的两个解c1和c2看做相同当且仅当 时。
以n的余数r可以用a (mod n)表示，n称为模，因此求余数的运算 也被称为模运算。在模运算的意义下，很容易定义如下几种运算， 设正整数p和整数a，b，则有
模p加法：(a + b) mod p，其结果是a + b的算术和除以p的 余数；
模p减法：(a－b) mod p，其结果是a - b的算术差除以p的 余数；
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Байду номын сангаас
第2章 物联网信息安全的数学基础
定理2-1(带余除法) 设a，b∈Z，b ≠ 0，则存在q，r∈Z， 使得a = bq + r，0≤r<|b|，并且q，r是唯一的。
证明 存在性。当b|a时，取q = a/b，r = 0即可。
当b | a时，考虑集合E = {a－bk|k∈Z}，易知E中有正整数，
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第2章 物联网信息安全的数学基础
定义2-2 等式a = bq+r，0≤r<|b|中的整数q称为a被b除所 得的(不完全)商，整数r称为a被b除所得的余数。
例2-1 设b = 15，则 当a = 255时，a = 17b + 0，故q = 17，r = 0； 当a = 417时，a = 27b + 12，故q = 27，r = 12； 当a = -81时，a = －6b + 9，故q = －6，r = 9。
《物联网信息安全》(桂小林版)(第2章)PPT课件
攻击及防御
网络层次
攻击和威胁
物理层
拥塞攻击 篡改和物理破坏
MAC层 网络层 传输层
冲突攻击 消耗攻击 非公平竞争
路由信息的欺骗、篡改或回 放攻击
选择性转发 黑洞攻击 巫师攻击 蠕虫洞攻击 Hello洪泛攻击 假冒应答攻击 Rushing攻击
洪泛攻击 失步攻击
防范措施
扩频通信、消息优先级、低占空比、区域映射、模 式转换
RFID系统的安全与隐私保护机制 RFID的安全机制包括物理安全机制和逻辑安全机
制以及两者的结合 物理安全机制 逻辑安全机制 两者的结合
桂小林 14
2.2.2 RFID安全和隐私
物理安全机制 Kill命令机制 电磁屏蔽 主动干扰 阻塞标签 可分离标签
逻辑安全机制 散列锁定 临时ID 同步方法与协议 重加密 基于PFU的方法 基于掩码的方法
保证加入的传感器节点不能够读取先前 传输的信息
主要技术
信息加、解密
数据完整性鉴别、散列、签名 冗余、入侵检测、容错、容侵、
网络自愈和重构 网管理、入侵检测、访问控
制 签名，身份认证、访问控制
广播认证、信任管理
群组密钥管理，密钥更新
群组密钥管理，密钥更新
桂小林 20
2.2.3 传感器网络安全和隐私
桂小林 3
1.1物联网的安全体系结构
从信息和网络安全的角度看，物联网是一个多网并存的异构 融合网络，不仅存在与传感器网络、移动通信网络和互联网 同样的安全问题，而且也存在其特殊的安全问题，如隐私保 护、异构网络认证与访问控制、信息安全存储与管理等等。 从物联网的信息处理过程来看，感知信息经过采集、汇聚、 融合、传输、决策与控制等过程，整个信息处理的过程体现 了物联网安全的特征与要求，也揭示了所面临的安全问题 物联网的体系结构被公认为有三个层次：感知层、网络层、 应用层，但各个层次的安全措施简单叠加并不能提供可靠的 安全保证。
第2章 认证与数字签名
DSS签名
（4）DSS安全性分析 • DSA算法也是一个“非确定性的”数字签名算法， 对于一个报文M，它的签名依赖于随机数r,这样 相同的报文就可能会具有不同的签名。 • 另外，值得注意的是:当模数P选用512比特的素 数时，EIGamal签名的长度为1024比特，而DSA算 法通过160比特的素数q可将签名的长度降为320 比特，这样就大大减少了存储空间和传输带宽。
用户认证：
是基于使用者本身 的认证
会话认证：
是对于用户访问服 务权限的认证
客户认证：
一般基于源地址而 不是基于用户的访 问授权的认证
0086
认证方式
一般认证
一般认证是用 用户名和口令的 识别方式，最简 单且易于实现。
身份识别
利用事物本身的 属性进行认证， 比如个体的指纹、 虹膜、DNA等个 体特征。
可信
可信 16
数字签名的特性
签名是可信的： 任何人都可以方便地验证签名的有效性。
签名是不可伪造的： 除了合法的签名者之外，任何其他人伪造其
签名是困难的。这种困难性指实现时计算上 是不可行的。
签名是不可复制的： 对一个消息的签名不能通过复制变为另一个
消息的签名。如果一个消息的签名是从别处 复制的，则任何人都可以发现消息与签名之 间的不一致性，从而可以拒绝签名的消息。
3 接收方将得到的明文通过单向函数进行计算，同样 得到一个数字签名，再将两个数字签名进行对比，如果 相同，则证明签名有效，否则无效。
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对称加密和非对称加密的比较
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03 PART THREE
常用的数字签名 体制介绍
RSA签名
RSA是最流行的一种加密标准，许多产品的内核中 都有RSA的软件和类库。
物联网信息安全第二版课后答案
物联网信息安全第二版课后答案1. 什么是物联网？物联网中的“物”主要指什么？答：物联网是通过使用射频识别RFID （Radio Frequency Identification）、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
在物联网中，“物”的涵义除了电子产品外，还包括食物、服装、零部件和文化用品等非电子类物品。
2. 简述物联网的主要特征和每个特征的具体含义。
答：物联网具有全面感知、可靠传递、智能处理和深度应用四个主要特征。
3. 什么是RFID？什么是EPC？简述EPC 和RFID 的关系。
答：RFID 是射频识别（Radio Frequency Identification）的缩写。
EPC 是产品电子编码（Electronic Product Code）。
4. 简述物联网发展的起源。
答：物联网概念的起源可以追溯到 1995 年的比尔·盖茨的《未来之路》。
1998 年，麻省理工学院（MIT）提出了基于RFID 技术的唯一编码方案。
5. 试述物联网的国内外发展现状。
答：1999 年，中科院就启动了传感网的研究。
2009 年，提出“感知中国”的理念。
6. 简述物联网发展过程中所面临主要问题和采取的措施。
答：标准统一化问题。
需要科研工作者加紧相关标准化的研究。
协议与安全问题。
需要加大数据安全及隐私保护研究。
核心技术突破问题。
大力开展高性能高精度传感器和RFID 芯片研发。
商业模式与产业链问题。
需要加强各相关行业和部门的合作，确保物联网行业健康、快速的发展。
7. 简述物联网技术的主要应用领域，并举出几个实例。
答：物联网应用的已经扩展到智能交通、智能物流、智能电网、环境监测、金融安防、工业监测、智能家居、医疗健康等多个领域。
《物联网信息安全》教学大纲
《物联网信息安全》教学大纲《物联网信息安全》教学大纲目录1.引言1.1 物联网概述1.2 物联网安全意识2.物联网基础知识2.1 物联网技术架构2.2 物联网通信协议2.3 物联网设备分类3.物联网安全风险与威胁3.1 物联网安全威胁概述3.2 物联网安全风险评估3.3 物联网安全漏洞分析4.物联网安全方案4.1 身份认证与访问控制4.2 数据加密与传输安全4.3 设备固件与软件安全4.4 网络安全监控与防护5.物联网安全管理5.1 安全政策与管理框架5.2 物联网安全运维5.3 应急响应与漏洞管理6.物联网隐私保护6.1 个人隐私保护6.2 数据隐私保护6.3 法律法规与规范标准7.物联网安全案例研究7.1 物联网攻击案例分析7.2 物联网安全事件响应7.3 物联网安全防护实践附件：2.物联网安全事件应急响应计划范本注释：1.物联网：指通过互联网将现实世界中的各种物理设备连接起来，并通过数据采集、处理和分析来实现智能化的应用和服务。
2.物联网通信协议：指用于物联网设备之间通信的协议，如MQTT、CoAP、IPv6等。
3.身份认证与访问控制：指通过身份验证和权限控制来保证物联网设备和系统的安全。
4.数据加密与传输安全：指通过加密算法和安全传输协议保护物联网数据的机密性和完整性。
5.设备固件与软件安全：指保护物联网设备固件和软件免受恶意篡改和攻击的安全措施。
6.网络安全监控与防护：指通过网络入侵检测、入侵防护和漏洞管理等手段保障物联网系统和网络的安全。
7.个人隐私保护：指保护个人隐私信息在物联网环境中的安全和保密性。
8.数据隐私保护：指保护物联网数据在采集、存储、传输和处理过程中的安全和隐私。
9.法律法规与规范标准：指涉及物联网安全的相关法律法规和规范标准，如《网络安全法》、《物联网安全技术要求》等。
物联网信息安全知识点
物联网信息安全知识点第一章物联网的安全特征：1，感知网络的信息采集、传输与信息安全问题。
2，核心网络的传输与信息安全问题。
3，物联网业务的安全问题。
物联网从功能上说具备哪几个特征1，全面感知能力，可以利用RFID、传感器、二维条形码等获取被控/被测物体的信息。
2，数据信息的可靠传递，可以通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确的传递出去。
3，可以智能处理，利用现代控制技术提供智能计算方法，对大量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。
4，可以根据各个行业，各种业务的具体特点形成各种单独的业务应用，或者整个行业及系统的建成应用解决方案。
物联网结构应划分为几个层次1，感知识别层 2，网络构建层 3，管理服务层4，综合应用层概要说明物联网安全的逻辑层次物联网网络体系结构主要考虑3个逻辑层，即底层是用来采集的感知识别层，中间层数据传输的网络构建层，顶层则是包括管理服务层和综合应用层的应用中间层+物联网面对的特殊安全为问题有哪些1，物联网机器和感知识别层节点的本地安全问题。
2，感知网络的传输与信息安全问题。
3，核心网络的传输与信息安全问题。
4，物联网业务的安全问题。
信息安全：是指信息网络的硬件软件及其系统中的数据受到保护，不易受到偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠的运行，信息服务不中断。
（上课时老师让抄下来的）物联网的信息安全问题将不仅仅是技术问题，还会涉及许多非技术因素。
下述几个方面的因素很难通过技术手段来实现：（1）教育：让用户意识到信息安全的重要性和如何正确使用物联网服务以减少机密信息的泄露机会；（2）管理：严谨的科学管理方法将使信息安全隐患降低到最小，特别应注意信息安全管理；（3）信息安全管理：找到信息系统安全方面最薄弱环节并进行加强，以提高系统的整体安全程度，包括资源管理、物理安全管理和人力安全管理；（4）口令管理：许多系统的安全隐患来自账户口令的管理；物联网结构与层次①感知识别层：涉及各种类型的传感器、RFID标签、手持移动设备、GPS终端、视频摄像设备等；重点考虑数据隐私的保护；②网络构建层：涉及互联网、无线传感器网络、近距离无线通信、3G/4G通信网络、网络中间件等；重点考虑网络传输安；③管理服务层：涉及海量数据处理、非结构化数据管理、云计算、网络计算、高性能计算、语义网等；重点考虑信息安全；④综合应用层：涉及数据挖掘、数据分析、数据融合、决策支持等。
精品课件-物联网信息安全-第2章 入侵检测系统
• 基于网络的检测有以下优点： –侦测速度快，实时性好； –隐蔽性好，网络上的监测器不易遭受攻击； –视野更宽，可以在网络的边缘上制止攻击； –使用较少的监测器进行保护； –占用资源少。
2.6.4 基于分布式系统的结构
基于网络的入侵检测产品和基于主机的入侵检测产品都 有不足之处，单纯使用一类产品会造成主动防御体系不 全面。 如果这两类产品能够无缝结合起来部署在网络内，则会 构架成一套完整立体的主动防御体系，综合了基于网络 和基于主机两种结构特点的入侵检测系统，既可发现网 络中的攻击信息，也可从系统日志中发现异常情况
2.6.3信息收集
入侵检测的第一步就是信息收集，收集的内容包括整个计算机 网络中系统，网络，数据以及用户活动的状态和行为。入 侵检测在很大程度上依赖于收集信息的可靠性，正确性和 完备性。因此，要确保采集，报告这些信息的软件工具的 可靠性。这些软件本身应该具有相当的坚固性，能够防止 被篡改而收集到的错误信息。否则，黑客对系统的修改可 能使入侵检测系统功能失常但看起来跟正常的系统无异。
2.6.2误用入侵检测技术
误用入侵检测系统中常用的检测方法有： 模式匹配法：是常常被用于入侵检测技术中。它是通过把
收集到的信息与网络入侵和系统误用模式数据库中的已知 信息进行比较，从而对违背安全策略的行为进行发现。模 式匹配法可以显著地减少系统负担，有较高的检测率和准 确率。
桂小林主编《物联网技术导论》课件V1
反馈控制定义
反馈——把取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏 差信号的过程，称为反馈。分为负反馈和正反馈。 反馈控制——就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，而且， 由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合过程，因此 反馈控制也称闭环控制。
反馈控制原理
反馈控制系统组成
测量元件：检测被控制的物理量，并将其转换为电量。 给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量。 比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据 量进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行元 件去控制被控对象。 执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 校正元件：也叫补偿元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以 改善系统性能。
3.1 传感器概述 3.2 传感器分类 3.3 传感器技术原理 3.4 常见传感器介绍 3.5 本章小结
3.1 传感器概述
➢ 3.1.1 传感器的功能
物理世界的“感觉器官”
从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换 成电信号的变换器
从广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设 备输入部分中起检测信号作用的器件
位移
涡流去磁效应
涡流传感器
位移、厚度、含水量
利用压磁效应
改变互感
改变谐振回路中的固有参 数
利用莫尔条纹 改变互感 利用拾磁信号 利用数字编号 温差电动势 霍尔效应 电磁感应 光电效应
压磁传感器 差动变压器 自整角机 旋转变压器 振弦式传感器 振筒式传感器 石英谐振传感器 光栅 感应同步器 磁栅 角度编码器 热电偶
应
变
片
U
电桥
电路
3.3 传感器的技术原理
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1.1物联网的安全体系结构
物联网业务的安全问题。支撑物联网业务的平台有着不同的 安全策略，如云计算、分布式系统、海量信息处理等，这些 支撑平台要为上层服务管理和大规模行业应用建立起一个高 效、可靠和可信的系统，而大规模、多平台、多业务类型使 物联网业务层次的安全面临新的挑战，是针对不同的行业应 用建立相应的安全策略，还是建立一个相对独立的安全架构 ?
核心网络的传输与信息安全问题。核心网络具有相对完整的 安全保护能力，但是由于物联网中节点数量庞大，且以集群 方式存在，因此会导致在数据传播时，由于大量机器的数据 发送使网络拥塞，产生拒绝服务攻击。此外，现有通信网络 的安全架构都是从人通信的角度设计的，对以物为主体的物 联网，要建立适合于感知信息传输与应用的安全架构。
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2.2.3 传感器网络安全和隐私
传感器网络体系结构 感知模块
处理模块
传输模块 电源模块 定位模块 移动模块
用户
Internet 基站
传感节点 定位发现模块 感知单元 数模 传感 转换 器 器 处理单元 处理器 存储区 移动模块 传输单元 收发器 存储
其它
电源单元
发电机
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2.2.3 传感器网络安全和隐私
安全假设 基站能够得到很好的保护切实可信任的
基站是安全的
节点被稠密且静态的部署在网络中 传感器节点互有自我位置识别功能
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2.2.3 传感器网络安全和隐私
攻击及防御
网络层次 物理层 MAC层 攻击和威胁 拥塞攻击 篡改和物理破坏 冲突攻击 消耗攻击 非公平竞争 路由信息的欺骗、篡改或回 放攻击 选择性转发 黑洞攻击 巫师攻击 蠕虫洞攻击 Hello洪泛攻击 假冒应答攻击 Rushing攻击 洪泛攻击 失步攻击 防范措施 扩频通信、消息优先级、低占空比、区域映射、模 式转换 防篡改、伪装隐藏、MAC鉴别 纠错码 限制数据报发送速度 短帧和非优先级策略 出口过滤、认证、监测 冗余路径、探测机制 认证、监测、冗余机制 认证、探测机制 认证、包控制 认证、验证双向链路 认证、多径路由 随机转发
两者的结合
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2.2.2 RFID安全和隐私
物理安全机制 Kill命令机制
逻辑安全机制
散列锁定 临时ID 同步方法与协议 重加密
电磁屏蔽
主动干扰 阻塞标签 可分离标签
基于PFU的方法
基于掩码的方法
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2.2.3 传感器网络安全和隐私
传感器网络安全概述 传感器网络体系结构
安全假设
安全目标 安全攻击与防御措施 安全评价
感知层的安全问题
由于物联网中存在数量庞大的节点，容易导致大量 的数据同时发送，使得传感网的节点容易受到来自 于网络的拒绝服务（DOS）攻击 传感网的网关节点被敌手控制以及传感网的普通节 点被敌手捕获，为入侵者发起攻击提供了可能
接入到物联网的超大量传感节点的标识、识别、认 证和控制问题
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2.2.2 RFID安全和隐私
网络层
传输层
客户端谜题 认证
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2.2.3 传感器网络安全和隐私
第二章 物联网的安全体系
桂小林
2014.9.17
本章内容
1.1 物联网的安全体系结构
1.2 物联网感知层安全
1.3 物联网网络层安全 1.4 物联网应用层安全 1.5 本章小结
2
第二章 物联网的安全体系
基本要求
熟悉物联网的安全体系结构 了解物联网安全体系结构中各层的安全威胁和应对策略 调研物联网安全的典型应用 根据本章文献，参阅一篇感兴趣的文献并总结。
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物联网的安全体系结构
图2-1 物联网安全体系结构
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2.2 物联网感知层安全
2.2.1 物联网感知层安全概述
什么是感知层
感知层实现全面感知外界信息的功能，包括原始 信息的采集、捕获和物体识别。 RFID、智能卡、各类传感器、图像捕捉装置、全 球定位系统，激光扫描仪等等
感知层的安全挑战
感感知层的网络节点被恶意控制 感知节点所感知的信息被非法获取（泄密）
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2.2.1 物联网感知层安全概述
感知层的普通节点被恶意控制
感知层的普通节点被非法捕获
感知层的结点（普通节点或关键节点）受来自网 络DOS的攻击 接入到物联网中的海量感知节点的标识、识别、 认证和控制
感知层的安全挑战
机密性 密钥协商
信誉评估 安全路由
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1.1物联网的安全体系结构
从信息和网络安全的角度看，物联网是一个多网并存的异构 融合网络，不仅存在与传感器网络、移动通信网络和互联网 同样的安全问题，而且也存在其特殊的安全问题，如隐私保 护、异构网络认证与访问控制、信息安全存储与管理等等。 从物联网的信息处理过程来看，感知信息经过采集、汇聚、 融合、传输、决策与控制等过程，整个信息处理的过程体现 了物联网安全的特征与要求，也揭示了所面临的安全问题 物联网的体系结构被公认为有三个层次：感知层、网络层、 应用层，但各个层次的安全措施简单叠加并不能提供可靠的 安全保证。
RFID系统的主要隐私威胁 身份隐私威胁
位置隐私威胁
内容隐私威胁
攻击者的攻击策略
非法跟踪 窃取个人信息和物品信息
扰乱RFID系统正常运行
伪造或克隆RFID标签
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2.2.2 RFID安全和隐私
RFID系统的主要安全隐患 针对标签和阅读器的攻击
针对后端数据库的攻击
针对标签和阅读器的攻击
数据窃听 中间人攻击 重放攻击
拒绝服务攻击
屏蔽攻击
略读 其他攻击
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物理破解
信息篡改
2.2.2 RFID安全和隐私
针对标签和阅读器的攻击 标签伪造与复制
RFID病毒攻击
EPC网络ONS攻击 RFID系统的安全需求 机密性 可用性
真实性
隐私性
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2.2.2 RFID安全和隐私
RFID系统的安全与隐私保护机制 RFID的安全机制包括物理安全机制和逻辑安全机 制以及两者的结合 物理安全机制 逻辑安全机制
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1.1物联网的安全体系结构
从感知网络的信息采集、传输与信息安全问题。感知节点呈 现多源异构性，感知节点通常情况下功能简单（如自动温度 计）、携带能量少（使用电池），使得它们无法拥有复杂的 安全保护能力，而感知网络多种多样，从温度测量到水文监 控，从道路导航到自动控制，它们的数据传输和消息也没有 特定的标准，所以没法提供统一的安全保护体系 。