1. 物聯(lián)網(wǎng)安全期末復(fù)習(xí)的核心定位與價(jià)值又到了期末季對(duì)于ZZU物聯(lián)網(wǎng)工程、網(wǎng)絡(luò)安全等相關(guān)專業(yè)的同學(xué)來(lái)說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)安全這門課知識(shí)點(diǎn)多且雜概念抽象協(xié)議繁雜考試時(shí)簡(jiǎn)答題往往是拉開分?jǐn)?shù)差距的關(guān)鍵。很多同學(xué)面對(duì)厚厚的教材和PPT感覺(jué)無(wú)從下手不知道哪些是老師眼中的“必考點(diǎn)”。我結(jié)合自己當(dāng)年備考和后來(lái)輔導(dǎo)學(xué)弟學(xué)妹的經(jīng)驗(yàn)以及近年來(lái)這門課考試的重點(diǎn)趨勢(shì)為大家梳理了9道幾乎每年必考或變相必考的簡(jiǎn)答題。這9道題不是讓你死記硬背而是幫你構(gòu)建起物聯(lián)網(wǎng)安全的知識(shí)骨架。背熟、理解透這9道題你不僅能應(yīng)對(duì)大部分簡(jiǎn)答更能串聯(lián)起整門課的核心邏輯面對(duì)綜合題和論述題也能言之有物。物聯(lián)網(wǎng)安全的核心矛盾在于資源受限的“物”與高安全需求之間的矛盾。復(fù)習(xí)時(shí)一定要抓住這條主線傳統(tǒng)的安全機(jī)制如復(fù)雜的加密算法、龐大的證書體系在計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和電量都極其有限的傳感器節(jié)點(diǎn)、RFID標(biāo)簽上如何“瘦身”應(yīng)用攻擊者又如何利用這些“弱點(diǎn)”發(fā)起攻擊我們又有哪些輕量級(jí)的防護(hù)手段把這幾個(gè)問(wèn)題想明白很多知識(shí)點(diǎn)就通了。2. 物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)及其面臨的安全威脅這是最基礎(chǔ)也幾乎是百分百會(huì)考的一道題。你不能只答出感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層這三個(gè)名詞必須詳細(xì)闡述每一層的構(gòu)成、功能以及各自獨(dú)特的安全威脅。2.1 三層架構(gòu)詳解感知層這是物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”負(fù)責(zé)信息采集和初步處理。主要包括各類傳感器溫濕度、光照、加速度、執(zhí)行器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS模塊等。其核心特點(diǎn)是資源極端受限計(jì)算能力弱通常是8位或16位微控制器、內(nèi)存小KB級(jí)別、能量有限電池供電、常部署在無(wú)人值守的開放或敵對(duì)環(huán)境中。網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”負(fù)責(zé)信息的可靠傳輸。它融合了多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括接入網(wǎng)如ZigBee、藍(lán)牙、LoRa、NB-IoT等短距離無(wú)線技術(shù)負(fù)責(zé)將感知層設(shè)備接入。核心網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)4G/5G、專用網(wǎng)絡(luò)等負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離、大范圍的數(shù)據(jù)匯聚與傳輸。網(wǎng)關(guān)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)的“大腦”負(fù)責(zé)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、挖掘并實(shí)現(xiàn)具體的智能應(yīng)用。包括云計(jì)算平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、智能決策系統(tǒng)以及面向最終用戶的應(yīng)用程序如智能家居APP、工業(yè)監(jiān)控平臺(tái)。2.2 各層面臨的典型安全威脅復(fù)習(xí)時(shí)要為每一層匹配上最具代表性的安全威脅這能體現(xiàn)你的理解深度。感知層威脅物理攻擊節(jié)點(diǎn)被俘獲、拆解、側(cè)信道攻擊通過(guò)功耗、電磁輻射分析密鑰、物理破壞。這是感知層獨(dú)有的、最致命的威脅。資源耗盡攻擊如“沉睡攻擊”持續(xù)向節(jié)點(diǎn)發(fā)送垃圾數(shù)據(jù)耗盡其電池電量。仿冒節(jié)點(diǎn)攻擊攻擊者向網(wǎng)絡(luò)中加入惡意節(jié)點(diǎn)竊聽或注入虛假數(shù)據(jù)。RFID克隆與欺騙非法復(fù)制標(biāo)簽信息或偽造讀寫器信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)層威脅竊聽與流量分析在無(wú)線信道中截獲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。重放攻擊截獲合法數(shù)據(jù)包后在另一時(shí)間重復(fù)發(fā)送以欺騙系統(tǒng)。拒絕服務(wù)攻擊對(duì)網(wǎng)關(guān)或通信信道發(fā)起洪泛攻擊耗盡網(wǎng)絡(luò)帶寬或處理資源導(dǎo)致服務(wù)癱瘓。路由攻擊如蟲洞攻擊、黑洞攻擊誤導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)流量破壞路由完整性。中間人攻擊在通信雙方之間插入惡意節(jié)點(diǎn)攔截、篡改通信內(nèi)容。應(yīng)用層威脅數(shù)據(jù)隱私泄露云端存儲(chǔ)的海量用戶數(shù)據(jù)位置、習(xí)慣、健康信息被非法訪問(wèn)或售賣。惡意軟件與病毒針對(duì)應(yīng)用平臺(tái)或用戶終端的攻擊。身份認(rèn)證與訪問(wèn)控制漏洞云平臺(tái)API接口或Web應(yīng)用存在弱口令、越權(quán)訪問(wèn)等漏洞。數(shù)據(jù)篡改與偽造攻擊者篡改云端分析結(jié)果或下發(fā)的控制指令。答題要點(diǎn)務(wù)必強(qiáng)調(diào)“感知層的資源受限性”是其他兩層所沒(méi)有的根本性弱點(diǎn)也是其安全設(shè)計(jì)最大的挑戰(zhàn)。在闡述威脅時(shí)最好能舉一個(gè)簡(jiǎn)短的例子如“在智能家居中針對(duì)ZigBee門鎖的重放攻擊網(wǎng)絡(luò)層可能被用來(lái)復(fù)制開鎖信號(hào)”。3. 與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)安全相比物聯(lián)網(wǎng)安全有哪些特殊性這道題考察你對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全本質(zhì)矛盾的理解。不能簡(jiǎn)單羅列要對(duì)比分析。1. 感知終端資源極端受限這是最核心的特殊性。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的終端PC、手機(jī)擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力和充裕的電量可以運(yùn)行復(fù)雜的防火墻、殺毒軟件和高級(jí)加密算法如AES-256, RSA-2048。而物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可能只有幾KB內(nèi)存無(wú)法承受此類開銷。因此安全方案必須輕量化需要在安全強(qiáng)度與資源消耗之間做出艱難權(quán)衡。2. 感知網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性與復(fù)雜性物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)五花八門藍(lán)牙、ZigBee、LoRa、NB-IoT、5G每種協(xié)議都有自己的幀結(jié)構(gòu)、安全機(jī)制和弱點(diǎn)。安全設(shè)計(jì)需要跨協(xié)議、跨平臺(tái)統(tǒng)一管理難度極大。而傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)主要基于TCP/IP協(xié)議棧相對(duì)統(tǒng)一。3. “物”的物理可訪問(wèn)性大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署在無(wú)人監(jiān)控的公共場(chǎng)所如路燈、電表、監(jiān)控?cái)z像頭攻擊者可以輕易地物理接觸設(shè)備進(jìn)行硬件攻擊、固件提取或直接替換。傳統(tǒng)服務(wù)器通常放置在受控的數(shù)據(jù)中心內(nèi)。4. 數(shù)據(jù)與隱私的敏感性增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)往往直接關(guān)聯(lián)物理世界和用戶個(gè)人生活體征數(shù)據(jù)、家庭活動(dòng)軌跡、工業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)一旦泄露或篡改可能直接導(dǎo)致人身安全、財(cái)產(chǎn)安全或生產(chǎn)安全重大事故危害性更直接、更物理。5. 海量設(shè)備與規(guī)?；粑锫?lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量以百億計(jì)且很多設(shè)備存在統(tǒng)一漏洞如默認(rèn)密碼。一旦被攻破極易形成僵尸網(wǎng)絡(luò)如Mirai發(fā)起規(guī)模空前巨大的DDoS攻擊這是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代少見(jiàn)的威脅維度。6. 生命周期與更新困難許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至十年但出廠后幾乎無(wú)法進(jìn)行安全補(bǔ)丁升級(jí)。而傳統(tǒng)軟件可以通過(guò)在線更新快速修復(fù)漏洞。復(fù)習(xí)心得回答這道題時(shí)腦子里要有一個(gè)具體的例子。比如談到“資源受限”就想想一個(gè)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)談到“物理可訪問(wèn)”就想想街邊的智能路燈。用例子帶動(dòng)理論記憶效果更好。4. 什么是輕量級(jí)密碼算法列舉兩種并說(shuō)明其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。由于感知層設(shè)備資源有限直接采用傳統(tǒng)密碼算法不現(xiàn)實(shí)因此輕量級(jí)密碼算法是必考重點(diǎn)。4.1 輕量級(jí)密碼算法的定義與設(shè)計(jì)原則輕量級(jí)密碼算法并非指不安全而是指在保證一定安全強(qiáng)度的前提下針對(duì)資源受限環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)的密碼算法。其設(shè)計(jì)原則主要包括硬件友好占用更少的邏輯門Gate Equivalence, GE面積適合集成到芯片中。低功耗加解密運(yùn)算消耗的能量少。低存儲(chǔ)開銷算法本身代碼量小所需的RAM/ROM少。高效率加解密速度快滿足實(shí)時(shí)性要求。4.2 典型輕量級(jí)密碼算法舉例1. PRESENT算法簡(jiǎn)介一種超輕量級(jí)分組密碼算法由博格丹諾夫等人在2007年提出。其分組長(zhǎng)度為64位密鑰長(zhǎng)度可為80位或128位。設(shè)計(jì)特點(diǎn)采用了SPN結(jié)構(gòu)但輪函數(shù)設(shè)計(jì)極其精簡(jiǎn)。核心是一個(gè)4-bit的S盒查找表和簡(jiǎn)單的比特置換Permutation Layer。這種設(shè)計(jì)使得其硬件實(shí)現(xiàn)僅需約1570個(gè)GE80位密鑰遠(yuǎn)低于AES的約2400個(gè)GE。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛應(yīng)用于RFID標(biāo)簽、低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)加密。例如在智能倉(cāng)儲(chǔ)管理中對(duì)貼在商品上的RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的單價(jià)、批次等信息進(jìn)行加密防止信息被非法讀寫器竊取或篡改。2. SPONGENT算法簡(jiǎn)介一種輕量級(jí)哈希函數(shù)屬于海綿結(jié)構(gòu)家族。它能夠?qū)⑷我忾L(zhǎng)度的輸入消息壓縮成固定長(zhǎng)度的哈希值如88位、128位、160位等。設(shè)計(jì)特點(diǎn)海綿結(jié)構(gòu)使其非常靈活可用于哈希、認(rèn)證、偽隨機(jī)數(shù)生成等多種用途。其硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度極低一個(gè)最小版本的SPONGENT僅需約738個(gè)GE。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要用于數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和消息認(rèn)證。例如在無(wú)線體域網(wǎng)中傳感器采集到用戶的ECG心電圖數(shù)據(jù)后先計(jì)算其哈希值將數(shù)據(jù)和哈希值一同發(fā)送。接收端重新計(jì)算哈希并比對(duì)即可驗(yàn)證數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否被篡改確保醫(yī)療數(shù)據(jù)的可靠性。注意事項(xiàng)考試時(shí)老師可能不會(huì)直接問(wèn)算法名字而是問(wèn)“物聯(lián)網(wǎng)感知層常用的加密技術(shù)有哪些特點(diǎn)請(qǐng)舉例說(shuō)明”。這時(shí)你需要先闡述輕量級(jí)的特點(diǎn)然后自然引出PRESENT或SPONGENT作為例子。另外除了這兩個(gè)ECC橢圓曲線密碼也?？家?yàn)樗苡幂^短的密鑰如160位達(dá)到與RSA-1024位相當(dāng)?shù)陌踩珡?qiáng)度節(jié)省了計(jì)算和存儲(chǔ)常用于節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的認(rèn)證和密鑰協(xié)商。5. 簡(jiǎn)述RFID系統(tǒng)的安全威脅與防護(hù)技術(shù)。RFID是物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵技術(shù)其安全問(wèn)題非常典型。5.1 RFID系統(tǒng)面臨的主要安全威脅竊聽非法讀寫器在合法通信范圍內(nèi)截獲RFID標(biāo)簽與讀寫器之間的無(wú)線信號(hào)獲取標(biāo)簽ID或數(shù)據(jù)。跟蹤通過(guò)標(biāo)簽固定的、唯一的ID可以對(duì)攜帶該標(biāo)簽的人或物品進(jìn)行長(zhǎng)期定位與跟蹤侵犯隱私?？寺∨c復(fù)制攻擊者獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)后將其寫入另一個(gè)空白標(biāo)簽制造出一個(gè)完全相同的副本。欺騙與重放偽造一個(gè)讀寫器向標(biāo)簽發(fā)送查詢指令誘騙標(biāo)簽響應(yīng)或者截獲合法響應(yīng)信號(hào)后在其他時(shí)間地點(diǎn)重放以通過(guò)認(rèn)證。拒絕服務(wù)攻擊通過(guò)發(fā)射干擾信號(hào)阻塞RFID工作頻段使系統(tǒng)無(wú)法正常讀寫。物理破壞直接損毀標(biāo)簽。5.2 主要的防護(hù)技術(shù)防護(hù)技術(shù)需要平衡安全性與標(biāo)簽的成本、計(jì)算能力。物理方法滅活商品售出后通過(guò)指令永久關(guān)閉標(biāo)簽功能。簡(jiǎn)單有效但標(biāo)簽無(wú)法復(fù)用。法拉第籠用金屬網(wǎng)屏蔽標(biāo)簽防止被掃描。適用于護(hù)照等場(chǎng)景但不便。主動(dòng)干擾用戶攜帶一個(gè)設(shè)備主動(dòng)發(fā)射干擾信號(hào)?？赡苓`法且干擾其他設(shè)備。密碼學(xué)方法重點(diǎn)哈希鎖標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)一個(gè)元IDMetaID該值是標(biāo)簽真實(shí)IDTID與一個(gè)隨機(jī)密鑰的哈希值。讀寫器查詢時(shí)標(biāo)簽返回MetaID。后端數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)查找匹配的密鑰計(jì)算出TID并返回給讀寫器。避免了TID在空中明文傳輸。隨機(jī)化哈希鎖哈希鎖的增強(qiáng)版。每次認(rèn)證時(shí)標(biāo)簽和讀寫器都引入隨機(jī)數(shù)使得每次通信的MetaID都不同有效防止跟蹤和重放攻擊。輕量級(jí)加密協(xié)議如使用PRESENT算法對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密。這是目前研究的熱點(diǎn)但需要標(biāo)簽具備一定的計(jì)算能力。雙向認(rèn)證協(xié)議確保不僅是讀寫器認(rèn)證標(biāo)簽標(biāo)簽也認(rèn)證讀寫器防止偽造讀寫器攻擊。答題技巧回答時(shí)最好形成一個(gè)“威脅-對(duì)策”的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如“針對(duì)跟蹤威脅可以采用隨機(jī)化哈希鎖技術(shù)因?yàn)槊看握J(rèn)證產(chǎn)生的臨時(shí)標(biāo)識(shí)都不同使得攻擊者無(wú)法將多次出現(xiàn)的標(biāo)簽關(guān)聯(lián)為同一個(gè)?！?這樣回答顯得邏輯清晰理解透徹。6. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN中常見(jiàn)的路由攻擊有哪些如何防御WSN是物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要組成部分其多跳、自組織的特性使得路由安全尤為關(guān)鍵。6.1 常見(jiàn)路由攻擊類型蟲洞攻擊攻擊者在網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的區(qū)域之間建立一條私有的、低延遲的隧道可能通過(guò)高性能射頻或事先布置的有線連接。它吸引周圍節(jié)點(diǎn)的路由流量聲稱通過(guò)它能更快到達(dá)目標(biāo)。后果是路由混亂并可能與其他攻擊如選擇性轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)合。黑洞攻擊惡意節(jié)點(diǎn)在路由發(fā)現(xiàn)階段對(duì)外宣稱自己有一條到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑如跳數(shù)最少吸引大量數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)自己。然后它簡(jiǎn)單地將所有數(shù)據(jù)包丟棄造成數(shù)據(jù)丟失就像數(shù)據(jù)進(jìn)入了“黑洞”。選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊惡意節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)不是全部丟棄而是有選擇地丟棄一部分例如只丟棄包含特定關(guān)鍵詞或來(lái)自特定節(jié)點(diǎn)的包更加隱蔽難以檢測(cè)。女巫攻擊一個(gè)惡意物理節(jié)點(diǎn)通過(guò)偽造多個(gè)身份Sybil節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中冒充多個(gè)合法節(jié)點(diǎn)。它可以影響路由協(xié)議如在投票機(jī)制中占多數(shù)、破壞數(shù)據(jù)聚合的準(zhǔn)確性、消耗其他節(jié)點(diǎn)的資源。Hello洪泛攻擊惡意節(jié)點(diǎn)以超大功率廣播“Hello”包讓很大范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都誤以為它是鄰居并選擇其作為下一跳路由。當(dāng)數(shù)據(jù)包發(fā)向它時(shí)它并不轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)致路由失效。6.2 主要防御思路防御措施通常需要結(jié)合多種技術(shù)并在安全開銷和網(wǎng)絡(luò)性能之間取得平衡?；诘乩砦恢玫穆酚扇鏕EAR協(xié)議。路由選擇基于節(jié)點(diǎn)的實(shí)際物理位置而非邏輯鄰居關(guān)系。這可以有效抵御蟲洞和Hello洪泛攻擊因?yàn)楣粽邆卧斓牡乩砦恢眯畔⒑茈y與全網(wǎng)協(xié)調(diào)一致。但需要節(jié)點(diǎn)具備定位能力如GPS。多路徑路由在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條不相交或部分相交的路徑同時(shí)或交替發(fā)送數(shù)據(jù)。即使某條路徑被惡意節(jié)點(diǎn)破壞其他路徑仍能保證數(shù)據(jù)的可達(dá)性。這是對(duì)抗選擇性轉(zhuǎn)發(fā)和黑洞攻擊的有效方法但會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)開銷。身份認(rèn)證與信任管理雙向認(rèn)證節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)前必須與可信基站或鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向身份認(rèn)證防止女巫節(jié)點(diǎn)加入。信任評(píng)估節(jié)點(diǎn)根據(jù)其鄰居的歷史行為如轉(zhuǎn)發(fā)成功率、數(shù)據(jù)一致性動(dòng)態(tài)計(jì)算信任值。信任值低的節(jié)點(diǎn)將被排除在路由選擇之外。這需要一定的監(jiān)控和計(jì)算開銷。入侵檢測(cè)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中部署一些具有較強(qiáng)能力的節(jié)點(diǎn)作為監(jiān)視器分析網(wǎng)絡(luò)流量和節(jié)點(diǎn)行為的異常如某個(gè)節(jié)點(diǎn)聲稱的鏈路質(zhì)量與其實(shí)際物理位置不符可能提示蟲洞攻擊從而發(fā)現(xiàn)惡意節(jié)點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)之談復(fù)習(xí)這部分時(shí)不要死記硬背攻擊名字。理解每種攻擊的核心目的和操作手法。例如蟲洞攻擊的核心是“偽造優(yōu)質(zhì)路徑”黑洞攻擊是“吸引并丟棄流量”。理解了本質(zhì)即使考題換個(gè)說(shuō)法你也能識(shí)別出來(lái)。防御措施則要記住“一物降一物”的關(guān)系。7. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份認(rèn)證的主要技術(shù)有哪些身份認(rèn)證是物聯(lián)網(wǎng)安全的第一道防線確保接入網(wǎng)絡(luò)的“物”是合法的。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和安全需求主要技術(shù)可分為以下幾類7.1 基于密碼的認(rèn)證這是最傳統(tǒng)、最廣泛的方式但在物聯(lián)網(wǎng)中需要輕量化改造。靜態(tài)口令設(shè)備預(yù)置一個(gè)密碼。缺點(diǎn)非常明顯易被竊聽、暴力破解且難以管理海量設(shè)備的不同密碼。動(dòng)態(tài)口令/一次性密碼每次認(rèn)證使用不同的密碼。雖然更安全但需要設(shè)備具備一定的計(jì)算和同步能力在低端傳感器上實(shí)施較難。輕量級(jí)挑戰(zhàn)-應(yīng)答協(xié)議讀寫器向標(biāo)簽發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)挑戰(zhàn)標(biāo)簽用自己的密鑰加密該隨機(jī)數(shù)后返回應(yīng)答。讀寫器或后端服務(wù)器驗(yàn)證應(yīng)答是否正確。這避免了密碼在信道中明文傳輸。許多RFID安全協(xié)議如Hash-Lock的變種都基于此原理。7.2 基于密碼學(xué)的認(rèn)證這是目前的主流和重點(diǎn)研究方向。對(duì)稱密碼認(rèn)證通信雙方共享同一個(gè)密鑰。認(rèn)證過(guò)程快、計(jì)算開銷小非常適合感知層設(shè)備。核心挑戰(zhàn)在于密鑰的分發(fā)與管理。如何將初始密鑰安全地預(yù)置到海量設(shè)備中如何實(shí)現(xiàn)密鑰的更新非對(duì)稱密碼認(rèn)證使用公鑰和私鑰。設(shè)備持有私鑰服務(wù)器持有公鑰。設(shè)備用私鑰對(duì)某個(gè)信息簽名服務(wù)器用公鑰驗(yàn)證。其最大優(yōu)點(diǎn)是解決了密鑰分發(fā)問(wèn)題服務(wù)器可以公開公鑰。雖然傳統(tǒng)RSA對(duì)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)太重但橢圓曲線密碼因其密鑰短、安全性高的特點(diǎn)已成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備認(rèn)證特別是設(shè)備與云平臺(tái)之間的重要選擇?；谏矸莸拿艽a用戶的公鑰直接由其身份信息如郵箱、設(shè)備ID衍生而來(lái)無(wú)需數(shù)字證書簡(jiǎn)化了管理。但在物聯(lián)網(wǎng)中如何安全地生成和分發(fā)主密鑰仍是難題。7.3 基于物理特征的認(rèn)證硬件指紋這是一種“與生俱來(lái)”的認(rèn)證方式利用了半導(dǎo)體制造過(guò)程中產(chǎn)生的微小差異。原理每個(gè)芯片在制造時(shí)由于工藝偏差其物理特性如SRAM上電狀態(tài)、環(huán)形振蕩器頻率、路徑延遲會(huì)有獨(dú)一無(wú)二的微小差異。這種差異難以克隆構(gòu)成了設(shè)備的“硬件指紋”或“物理不可克隆函數(shù)”。應(yīng)用設(shè)備啟動(dòng)時(shí)測(cè)量自身的PUF響應(yīng)生成一個(gè)密鑰或直接作為身份標(biāo)識(shí)。服務(wù)器端存儲(chǔ)其對(duì)應(yīng)的響應(yīng)模型。認(rèn)證時(shí)服務(wù)器發(fā)送挑戰(zhàn)設(shè)備用PUF產(chǎn)生響應(yīng)并返回。這種方式密鑰不存儲(chǔ)防篡改非常適合資源受限且面臨物理攻擊風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備。7.4 基于證書的認(rèn)證主要用于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層特別是在設(shè)備與云平臺(tái)通信時(shí)。流程由可信的證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)為每個(gè)設(shè)備簽發(fā)一個(gè)數(shù)字證書證書中包含了設(shè)備的公鑰和CA的簽名。設(shè)備在與服務(wù)器建立TLS/DTLS連接時(shí)出示自己的證書。物聯(lián)網(wǎng)中的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)X.509證書體積較大通常超過(guò)1KB對(duì)感知層設(shè)備負(fù)擔(dān)重。因此出現(xiàn)了精簡(jiǎn)版的證書格式如IEEE 802.1AR設(shè)備標(biāo)識(shí)證書或直接在CoAP等協(xié)議上使用DTLS時(shí)進(jìn)行證書壓縮。復(fù)習(xí)提示這道題很容易考成對(duì)比題如“比較對(duì)稱密碼認(rèn)證和非對(duì)稱密碼認(rèn)證在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)”。你需要準(zhǔn)備好對(duì)稱密碼計(jì)算快、開銷小但密鑰管理難非對(duì)稱密碼密鑰管理簡(jiǎn)單身份綁定強(qiáng)但計(jì)算開銷大需ECC等輕量級(jí)方案。同時(shí)要提一下PUF這種前沿技術(shù)展示知識(shí)面的廣度。8. 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全生命周期包括哪些環(huán)節(jié)各環(huán)節(jié)的安全目標(biāo)是什么物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到銷毀貫穿了整個(gè)系統(tǒng)。這道題考察你對(duì)數(shù)據(jù)全流程安全管理的宏觀理解。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全生命周期通常包括以下六個(gè)核心環(huán)節(jié)每個(gè)環(huán)節(jié)都有其特定的安全目標(biāo)數(shù)據(jù)生成與采集環(huán)節(jié)描述在感知層由傳感器、RFID等設(shè)備產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)。安全目標(biāo)保證數(shù)據(jù)源的可靠性與真實(shí)性。確保數(shù)據(jù)來(lái)自合法的、未被篡改的設(shè)備防止惡意節(jié)點(diǎn)注入虛假數(shù)據(jù)。主要技術(shù)包括設(shè)備身份認(rèn)證、傳感器數(shù)據(jù)防篡改設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)描述數(shù)據(jù)從感知設(shè)備經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳送到應(yīng)用層平臺(tái)。安全目標(biāo)保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和新鮮性。機(jī)密性防止數(shù)據(jù)在無(wú)線或有線信道中被竊聽。通過(guò)加密實(shí)現(xiàn)如AES, PRESENT。完整性防止數(shù)據(jù)在傳輸中被篡改。通過(guò)消息認(rèn)證碼或數(shù)字簽名實(shí)現(xiàn)如HMAC, 輕量級(jí)哈希。新鮮性防止重放攻擊確保收到的是最新數(shù)據(jù)。通過(guò)時(shí)間戳或序列號(hào)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)描述數(shù)據(jù)在云平臺(tái)、邊緣服務(wù)器或設(shè)備本地進(jìn)行持久化保存。安全目標(biāo)保證靜態(tài)數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和可控訪問(wèn)。存儲(chǔ)加密即使數(shù)據(jù)庫(kù)被拖庫(kù)數(shù)據(jù)內(nèi)容也不泄露。訪問(wèn)控制定義嚴(yán)格的權(quán)限策略如基于角色的訪問(wèn)控制RBAC確保只有授權(quán)用戶/應(yīng)用能訪問(wèn)特定數(shù)據(jù)。備份與恢復(fù)防止數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)處理與分析環(huán)節(jié)描述在應(yīng)用層對(duì)匯聚的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、挖掘、分析和價(jià)值提取。安全目標(biāo)保證計(jì)算過(guò)程的隱私性、正確性和可控性。這是當(dāng)前的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。隱私計(jì)算在數(shù)據(jù)不離開本地或不解密的情況下進(jìn)行分析如聯(lián)邦學(xué)習(xí)、安全多方計(jì)算、同態(tài)加密尚不實(shí)用。防止數(shù)據(jù)分析方獲取原始敏感數(shù)據(jù)?？尚艌?zhí)行環(huán)境在CPU的硬隔離安全區(qū)域如Intel SGX, ARM TrustZone內(nèi)處理敏感數(shù)據(jù)保護(hù)其不被操作系統(tǒng)或其他應(yīng)用窺探。數(shù)據(jù)共享與交換環(huán)節(jié)描述在不同機(jī)構(gòu)、不同應(yīng)用之間按需共享數(shù)據(jù)。安全目標(biāo)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“可用不可見(jiàn)”并做到權(quán)責(zé)清晰、可追溯。數(shù)據(jù)脫敏/匿名化共享前去除直接標(biāo)識(shí)符。訪問(wèn)策略與審計(jì)明確誰(shuí)、在什么條件下、可以訪問(wèn)哪些數(shù)據(jù)并記錄所有訪問(wèn)日志。區(qū)塊鏈技術(shù)用于構(gòu)建可信的數(shù)據(jù)共享存證確保共享記錄不可篡改。數(shù)據(jù)銷毀環(huán)節(jié)描述數(shù)據(jù)生命周期結(jié)束或設(shè)備報(bào)廢時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行徹底清除。安全目標(biāo)確保數(shù)據(jù)不可恢復(fù)地刪除。不僅僅是邏輯刪除標(biāo)記刪除更需要物理銷毀或多次覆寫防止數(shù)據(jù)殘留導(dǎo)致的信息泄露。對(duì)于存儲(chǔ)密鑰的硬件需要進(jìn)行物理銷毀。答題框架按照“環(huán)節(jié)-描述-安全目標(biāo)”的三段式來(lái)回答清晰有條理?？梢蕴貏e強(qiáng)調(diào)“數(shù)據(jù)處理”環(huán)節(jié)的隱私保護(hù)是當(dāng)下的研究前沿以及“數(shù)據(jù)銷毀”環(huán)節(jié)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備回收時(shí)的重要性容易被忽略。9. 在物聯(lián)網(wǎng)中隱私保護(hù)面臨哪些特殊挑戰(zhàn)有哪些主要的保護(hù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)讓隱私泄露從虛擬空間延伸到物理世界挑戰(zhàn)更為嚴(yán)峻。9.1 物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)的特殊挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)位置、行為、生理指標(biāo)與個(gè)人身份、生活習(xí)慣高度綁定。單一數(shù)據(jù)可能無(wú)害但多源數(shù)據(jù)聚合后能精準(zhǔn)畫像泄露深度隱私。無(wú)感收集與持續(xù)監(jiān)控設(shè)備24小時(shí)不間斷運(yùn)行在用戶無(wú)意識(shí)的情況下收集數(shù)據(jù)形成了“全景式監(jiān)控”。二次利用與目的外泄收集數(shù)據(jù)時(shí)聲稱用于A目的如智能節(jié)能但實(shí)際被用于B目的如商業(yè)營(yíng)銷、保險(xiǎn)定價(jià)用戶難以知情和控制。海量設(shè)備與復(fù)雜供應(yīng)鏈設(shè)備制造商、云服務(wù)商、應(yīng)用開發(fā)商等多個(gè)主體都可能接觸數(shù)據(jù)責(zé)任邊界模糊數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)路徑不透明。物理位置隱私設(shè)備的定位信息如智能手環(huán)、汽車直接暴露用戶的行蹤軌跡這是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)隱私中不那么突出的問(wèn)題。9.2 主要的隱私保護(hù)技術(shù)技術(shù)手段需要從數(shù)據(jù)生命周期的不同環(huán)節(jié)入手。數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)最小化只收集完成服務(wù)所必需的最少數(shù)據(jù)。這是隱私保護(hù)的第一原則。本地化處理/邊緣計(jì)算敏感數(shù)據(jù)在設(shè)備或邊緣網(wǎng)關(guān)本地進(jìn)行處理只將脫敏后的結(jié)果或模型參數(shù)上傳到云減少原始數(shù)據(jù)外泄風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)端匿名化與假名化匿名化去除所有能直接或間接標(biāo)識(shí)個(gè)人身份的信息且過(guò)程不可逆。技術(shù)難度高。假名化用假名替代真實(shí)標(biāo)識(shí)符如用隨機(jī)ID代替設(shè)備MAC地址。但假名若長(zhǎng)期固定仍可能被跟蹤。差分隱私在數(shù)據(jù)或查詢結(jié)果中加入精心計(jì)算的噪聲使得攻擊者無(wú)法從輸出中推斷出任何一個(gè)體的信息。即使擁有除目標(biāo)外所有其他個(gè)體的數(shù)據(jù)也無(wú)法確定目標(biāo)的數(shù)據(jù)。這是目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界如蘋果、谷歌廣泛采用的強(qiáng)隱私保護(hù)技術(shù)適用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)布。數(shù)據(jù)處理與使用端同態(tài)加密允許對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果解密后與對(duì)明文數(shù)據(jù)做同樣計(jì)算的結(jié)果一致。實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)可用不可見(jiàn)”的理想狀態(tài)。但目前全同態(tài)加密效率極低部分同態(tài)加密有一定應(yīng)用前景。安全多方計(jì)算多個(gè)參與方在不泄露各自私有輸入的前提下共同完成一個(gè)函數(shù)計(jì)算。例如兩家醫(yī)院想統(tǒng)計(jì)某種疾病的患者總數(shù)但不想分享各自的病人名單就可以用MPC。聯(lián)邦學(xué)習(xí)多個(gè)設(shè)備或機(jī)構(gòu)在本地用自己的數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型只將模型參數(shù)的更新梯度上傳到中心服務(wù)器進(jìn)行聚合得到全局模型。原始數(shù)據(jù)始終留在本地。這是物聯(lián)網(wǎng)中非常有前景的隱私保護(hù)學(xué)習(xí)范式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)與管理端隱私影響評(píng)估在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就系統(tǒng)性地評(píng)估其可能帶來(lái)的隱私風(fēng)險(xiǎn)并設(shè)計(jì)緩解措施。用戶知情與控制向用戶提供清晰、易懂的隱私政策并提供便捷的隱私設(shè)置選項(xiàng)如關(guān)閉特定傳感器的權(quán)限。深度理解回答這道題時(shí)要跳出純技術(shù)視角點(diǎn)明“隱私保護(hù)是法律、管理、技術(shù)三者的結(jié)合”。技術(shù)手段如差分隱私、聯(lián)邦學(xué)習(xí)是工具但必須輔之以隱私-by-design的設(shè)計(jì)理念和嚴(yán)格的數(shù)據(jù)治理規(guī)范。可以提及歐盟的GDPR等法規(guī)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)隱私的推動(dòng)作用作為答案的升華如果考試允許聯(lián)系實(shí)際的話。10. 如何從整體上構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)安全體系這是一道綜合性的題目可能以論述題形式出現(xiàn)。它要求你將前面分散的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)立體的防御體系?？梢詮囊韵聨讉€(gè)層面來(lái)構(gòu)建10.1 安全技術(shù)層面縱深防御這是最核心的層面遵循“層層設(shè)防”的原則。感知層安全加固硬件安全采用安全芯片、PUF技術(shù)防止物理攻擊和密鑰提取。輕量級(jí)安全協(xié)議為RFID、傳感器設(shè)計(jì)適合的輕量級(jí)認(rèn)證與加密協(xié)議如隨機(jī)化哈希鎖、輕量級(jí)ECC。安全啟動(dòng)與固件更新確保設(shè)備加載的軟件是經(jīng)過(guò)簽名的、可信的并提供安全的固件升級(jí)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)層安全傳輸鏈路層加密在ZigBee、藍(lán)牙等協(xié)議層面啟用加密。網(wǎng)絡(luò)層安全采用IPSec等協(xié)議保護(hù)IP通信。傳輸層安全對(duì)于基于IP的設(shè)備強(qiáng)制使用TLS/DTLS。對(duì)于受限設(shè)備使用CoAP over DTLS這種輕量級(jí)組合。安全路由在WSN中采用能抵御蟲洞、黑洞攻擊的路由協(xié)議。應(yīng)用與平臺(tái)層安全管控強(qiáng)身份認(rèn)證與訪問(wèn)控制對(duì)設(shè)備、用戶、應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格的身份認(rèn)證如證書、OAuth 2.0并實(shí)施最小權(quán)限原則。API安全對(duì)云平臺(tái)提供的API接口進(jìn)行鑒權(quán)、限流、防重放攻擊保護(hù)。數(shù)據(jù)全生命周期安全落實(shí)從加密存儲(chǔ)、隱私計(jì)算到安全銷毀的全流程管理。10.2 安全管理層面全流程治理技術(shù)需要管理來(lái)落地。設(shè)備全生命周期管理從設(shè)備出廠前的安全配置禁用默認(rèn)密碼、預(yù)置唯一證書、安全入網(wǎng)自動(dòng)化的安全配置下發(fā)到運(yùn)行中的狀態(tài)監(jiān)控、漏洞修復(fù)直至報(bào)廢時(shí)的數(shù)據(jù)擦除都需要管理流程覆蓋。安全監(jiān)測(cè)與響應(yīng)建立物聯(lián)網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng)中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量、設(shè)備行為進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控利用大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)異常如某個(gè)傳感器突然高頻發(fā)送數(shù)據(jù)并能夠快速響應(yīng)和處置安全事件。供應(yīng)鏈安全管理確保設(shè)備從芯片、模組到整機(jī)的供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)都符合安全標(biāo)準(zhǔn)防止在制造過(guò)程中被植入后門。10.3 標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)層面外部約束與引導(dǎo)遵循安全標(biāo)準(zhǔn)如IoT安全框架如NIST的《物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全指南》、行業(yè)特定標(biāo)準(zhǔn)如車聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)等。隱私法規(guī)合規(guī)嚴(yán)格遵守《網(wǎng)絡(luò)安全法》、《數(shù)據(jù)安全法》、《個(gè)人信息保護(hù)法》以及GDPR等法規(guī)中關(guān)于數(shù)據(jù)收集、使用、跨境傳輸?shù)囊蟆?0.4 安全意識(shí)層面人的因素開發(fā)者安全培訓(xùn)讓開發(fā)人員在設(shè)計(jì)編碼時(shí)就考慮安全Security by Design。用戶安全教育引導(dǎo)用戶設(shè)置強(qiáng)密碼、定期更新設(shè)備、關(guān)注隱私設(shè)置。構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)安全體系絕非單一技術(shù)或產(chǎn)品所能解決。它需要將輕量化的安全技術(shù)、貫穿生命周期的安全管理、合規(guī)的框架標(biāo)準(zhǔn)以及全員的安全意識(shí)有機(jī)結(jié)合形成一個(gè)動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)、可生長(zhǎng)的安全能力。對(duì)于期末復(fù)習(xí)而言理解這個(gè)“技術(shù)-管理-法規(guī)-意識(shí)”的四層模型能讓你在面對(duì)開放性的綜合題時(shí)有清晰的答題思路和充實(shí)的論述內(nèi)容。把這9道題背后的邏輯理清、記牢物聯(lián)網(wǎng)安全這門課的簡(jiǎn)答題部分你就能胸有成竹了。