摘要：作為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的延伸，物聯(lián)網(wǎng)也是新興事物。和互聯(lián)網(wǎng)一樣，萬物相連的物聯(lián)網(wǎng)，在發(fā)展中也同樣面臨著安全問題的挑戰(zhàn)。構(gòu)建安全模型是當(dāng)前解決物聯(lián)網(wǎng)安全問題的一個(gè)方向，文章基于當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)安全模型進(jìn)行了研究，為解決物聯(lián)網(wǎng)安全問題提供參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；安全模型；加密算法

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的延伸，簡(jiǎn)單理解就是萬物相連。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，隨著各類傳感設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，物品和物品、物品和互聯(lián)網(wǎng)開始相連，不管在何時(shí)何地，都能實(shí)現(xiàn)信息交換和通信。比爾·蓋茨最早提出了物聯(lián)網(wǎng)一詞，但當(dāng)時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)、傳感設(shè)備發(fā)展還未得到廣泛發(fā)展，人們對(duì)比爾蓋茨提出的物聯(lián)網(wǎng)一詞并沒有過多重視。20世紀(jì)末期，美國(guó)Auto-ID對(duì)物聯(lián)網(wǎng)概念進(jìn)行了闡述，同一時(shí)期，我國(guó)的中科院也開始對(duì)傳感網(wǎng)進(jìn)行研究。直到2005年物聯(lián)網(wǎng)才正式被提出，并指出物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代即將來臨。在物聯(lián)網(wǎng)中，人和物、物和物之間的信息交換是核心。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展離不開射頻識(shí)別技術(shù)、傳感網(wǎng)、M2M系統(tǒng)框架、云計(jì)算等技術(shù)的支持。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，也擴(kuò)寬了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、交通、物流等眾多領(lǐng)域和行業(yè)都開始了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，如耳熟能詳?shù)闹悄芙煌ā⒅悄芗揖拥榷际窃谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。網(wǎng)絡(luò)時(shí)代下，安全問題一直備受關(guān)注[1-2]。作為萬物相連的物聯(lián)網(wǎng)，其發(fā)展也基于互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)。相對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，且缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，因此在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，安全問題一直是不容忽視的挑戰(zhàn)。當(dāng)前解決物聯(lián)網(wǎng)安全問題時(shí)，構(gòu)建安全模型是一個(gè)重要方向。文章對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全模型研究情況進(jìn)行闡述，了解當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)安全問題的應(yīng)對(duì)現(xiàn)狀。

二、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的安全威脅

被公認(rèn)為是第三次世界信息浪潮的物聯(lián)網(wǎng)，在無線傳感器的支持下實(shí)現(xiàn)了信息的收集，并通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，在當(dāng)今科技信息時(shí)代下充當(dāng)著重要角色。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以來，也實(shí)現(xiàn)了和物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，物聯(lián)網(wǎng)的身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)安全等面臨著一定威脅。具體來講，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中面臨的安全威脅類型主要包括如下幾種：

（一）身份認(rèn)證與訪問控制方面的安全威脅

互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)需要通過身份認(rèn)證，保證用戶身份的合法性，以保證信息系統(tǒng)安全。同樣在物聯(lián)網(wǎng)中也會(huì)通過身份認(rèn)證保證進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)中用戶是合法的。同時(shí)根據(jù)用戶身份不同設(shè)置相應(yīng)的訪問控制權(quán)限，這些互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)中常用的安全方法也被應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中。物聯(lián)網(wǎng)中包括身份認(rèn)證、消息認(rèn)證兩種形式。在身份認(rèn)證中一般通過密鑰加密達(dá)到認(rèn)證目的；消息認(rèn)證則是信息傳輸雙方在信息傳輸過程中會(huì)通過發(fā)送消息認(rèn)證碼的形式確定對(duì)方的身份，發(fā)送方接收到認(rèn)證碼后會(huì)對(duì)發(fā)送方的身份進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功才能實(shí)現(xiàn)通信。這一過程中的消息認(rèn)證數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，很容易被非法用戶獲取，一旦非法用戶攻擊了消息認(rèn)證流程，會(huì)入侵到物聯(lián)網(wǎng)中給物聯(lián)網(wǎng)信息安全帶來威脅。訪問控制是通過授權(quán)的方式實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。在先進(jìn)科技技術(shù)的支持下當(dāng)前身份識(shí)別技術(shù)應(yīng)用廣泛，如指紋、數(shù)字簽名等，但這些技術(shù)應(yīng)用中也存在著安全威脅。以數(shù)字簽名為例，是一種基于公鑰加密領(lǐng)域技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息加密安全的方法，數(shù)字簽名不容易發(fā)生數(shù)據(jù)篡改，真實(shí)性得到了保障。但數(shù)據(jù)簽名也存在著漏洞，如公鑰信息傳輸過程中可能會(huì)遭受攻擊，從而給數(shù)據(jù)簽名帶來安全隱患。

（二）數(shù)據(jù)安全方面的安全威脅

萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)中，涉及眾多數(shù)據(jù)。常見的數(shù)據(jù)安全手段是通過加密實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)傳輸前，為了達(dá)到數(shù)據(jù)加密目的，會(huì)設(shè)計(jì)出密鑰管理方案，該方案應(yīng)滿足有限節(jié)點(diǎn)的需求。但物聯(lián)網(wǎng)中存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)屬于流式數(shù)據(jù)，加密難度較大，一旦流式數(shù)據(jù)遭受攻擊，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)都會(huì)面臨被竊取的風(fēng)險(xiǎn)，因此在物聯(lián)網(wǎng)中存在著數(shù)據(jù)安全威脅。云存儲(chǔ)作為物聯(lián)網(wǎng)中常見的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，不僅增加了云服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)也存在著安全隱患。

（三）安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的安全威脅

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。在網(wǎng)絡(luò)層中，節(jié)點(diǎn)之間的架構(gòu)協(xié)議并不統(tǒng)一，這就給非法用戶帶來了非法訪問的可趁之機(jī)，給物聯(lián)網(wǎng)帶來了安全威脅。

三、物聯(lián)網(wǎng)安全模型

物聯(lián)網(wǎng)安全模型尚未形成統(tǒng)一定義。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全模型研究中，不同文獻(xiàn)的研究角度也不同。文獻(xiàn)[3]指出物聯(lián)網(wǎng)安全模型是物聯(lián)網(wǎng)中相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)漏洞造成物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)安全事故模型。圖1為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全模型機(jī)制。

由圖1可知物聯(lián)網(wǎng)模型中威脅來源主要是設(shè)備自身漏洞、攻擊者攻擊、數(shù)據(jù)監(jiān)聽、流量嗅探等。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，威脅場(chǎng)景包括未定向攻擊和定向攻擊兩種方式，未定向攻擊是指設(shè)備在接入網(wǎng)絡(luò)前已經(jīng)被惡意軟件攻擊，惡意軟件會(huì)感染盡可能多的設(shè)備不會(huì)對(duì)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特定攻擊。定向攻擊是指網(wǎng)絡(luò)破壞者將惡意病毒移植到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中在特定網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行攻擊。為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊行為分析構(gòu)建了設(shè)備識(shí)別模型，見圖2所示。

由圖2可知，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備識(shí)別模型中首先是進(jìn)行原始流量分析，接著采用算法進(jìn)行特征行為分析，進(jìn)而構(gòu)建指紋，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)其訓(xùn)練分析是不是攻擊行為，如果不是攻擊行為則進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測(cè)及漏洞評(píng)估，否則斷開網(wǎng)絡(luò)。

四、物聯(lián)網(wǎng)安全模型進(jìn)展研究

目前物聯(lián)網(wǎng)安全模型研究主要在數(shù)據(jù)安全管理、行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。如下為詳細(xì)分析。

（一）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全管理

數(shù)據(jù)安全是物聯(lián)網(wǎng)安全管理重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)加密是數(shù)據(jù)安全管理重要技術(shù)，目前數(shù)據(jù)加密方式有對(duì)稱加密、非對(duì)稱加密兩種方式。文獻(xiàn)[3]為解決物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全中存在共享與細(xì)粒度訪問控制容易造成數(shù)據(jù)泄露問題，提出了面向物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全共享的屬性加密算法。所構(gòu)建的數(shù)據(jù)安全算法應(yīng)用到個(gè)人健康檔案模型中。對(duì)該算法進(jìn)行仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)算法各個(gè)階段的計(jì)算時(shí)間與加密屬性數(shù)量無關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)公鑰、用戶密鑰與屬性數(shù)量無關(guān)。

文獻(xiàn)[4]針對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)加密算法中缺少雙重加密的方式，這樣導(dǎo)致加密算法復(fù)雜程度高、運(yùn)行效率低，為此提出了基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)可撤銷屬性加密算法。所設(shè)計(jì)算法首先獲取初始化的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)頁面中輸入的參數(shù)運(yùn)算進(jìn)而獲得密鑰，接著對(duì)密鑰進(jìn)行加密，接著利用區(qū)塊鏈進(jìn)行二次加密，這樣增強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全性。仿真結(jié)果表明該加密算法降低了算法復(fù)雜程度、提高了加密效率、密鑰敏感性提高。文獻(xiàn)[5]為提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全性及擴(kuò)大敏感數(shù)據(jù)保護(hù)范圍，提出了一種基于局部差分隱私的物聯(lián)網(wǎng)敏感數(shù)據(jù)泄露控制算法。該算法采用數(shù)據(jù)挖掘算法思想進(jìn)行數(shù)據(jù)聚類劃分。將物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為文檔，采用數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)處理等方法得到挖掘數(shù)據(jù)，使用局部差分隱私分析方法進(jìn)行明文加密、密鑰生成等。仿真結(jié)果表明該算法能夠提高敏感數(shù)據(jù)查準(zhǔn)率，提高數(shù)據(jù)加密覆蓋范圍。文獻(xiàn)[6]針對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)密鑰存在不可拆分和撤銷，容易造成本體數(shù)據(jù)泄露，提出了物聯(lián)網(wǎng)本體存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可撤銷加密算法。該算法使用公式（1）進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)加密。

（1）

式中：EID表示用戶ID；ETi表示在時(shí)間Ti下加密數(shù)據(jù)；Cn為未執(zhí)行撤回操作的物聯(lián)網(wǎng)本體數(shù)據(jù)集合；Cn表示執(zhí)行撤回操作后的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集合。

算法使用周期函數(shù)進(jìn)行用戶密鑰、身份進(jìn)行劃分按照樹根節(jié)點(diǎn)訪問方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)加密。仿真結(jié)果表明使用可撤銷加密算法能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)密鑰進(jìn)行拆分，進(jìn)而提高了數(shù)據(jù)更新周期，提高了數(shù)據(jù)安全性。

文獻(xiàn)[7]為提高物聯(lián)網(wǎng)通信特征數(shù)據(jù)安全性，對(duì)傳統(tǒng)的DES方法進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種基于高級(jí)密碼加密標(biāo)準(zhǔn)的AES數(shù)據(jù)加密算法。該算法在GF有限區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密，所使用的加密算法為AES，運(yùn)行加密后得到一個(gè)參數(shù)密鑰，進(jìn)而完成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信加密。仿真結(jié)果表明AES加密算法能夠提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全性。

通過分析物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密研究進(jìn)展，可知當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密研究從加密算法運(yùn)行效率、加密復(fù)雜程度、加密安全性、加密文檔安全性等進(jìn)行分析。

（二）行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)安全模型行業(yè)應(yīng)用主要有通信、電力、船舶、物流等領(lǐng)域中。

通信方面：文獻(xiàn)[8]針對(duì)傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密傳輸中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、傳輸時(shí)間長(zhǎng)問題，構(gòu)建了基于光通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)加密技術(shù)。該技術(shù)在以后的光通信傳輸協(xié)議中加入數(shù)據(jù)密算法實(shí)現(xiàn)映射加密。仿真結(jié)果表明使用加密算法后數(shù)據(jù)傳輸丟包率控制在1.6%、數(shù)據(jù)延遲性控制在0.5s，具有很好應(yīng)用場(chǎng)景。文獻(xiàn)[9]針對(duì)當(dāng)前光纖網(wǎng)絡(luò)通信中物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存在訪問控制和加密不夠安全問題，構(gòu)建了基于光纖網(wǎng)絡(luò)的通信物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問控制與加密算法。算法是基于光纖網(wǎng)絡(luò)的模型層為基礎(chǔ)，將光纖采集數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。對(duì)數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)變換加密方法實(shí)現(xiàn)訪問與控制。仿真結(jié)果表明該算法能降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、降低光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)計(jì)算量、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性。文獻(xiàn)[10]指出蜂窩網(wǎng)絡(luò)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT具有廣覆蓋、低成本、低耗能的優(yōu)勢(shì)，在智慧城市、公共產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。但安全問題一直備受重視，因此結(jié)合NB-IoT架構(gòu)特點(diǎn)從終端安全、網(wǎng)絡(luò)安全、云平臺(tái)安全、業(yè)務(wù)安全四方面構(gòu)建了安全防護(hù)框架，提高NB-IoT在移動(dòng)通信中應(yīng)用的安全性。文獻(xiàn)[11]指出物聯(lián)網(wǎng)在5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景下，由于傳輸帶寬需求提升，延時(shí)更低、網(wǎng)絡(luò)形態(tài)更加多元化等，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)安全問題面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求，除了從終端安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、平臺(tái)安全等方面提出安全措施外，還從強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)安全頂層設(shè)計(jì)、促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展、強(qiáng)化安全手段建設(shè)等方面提升物聯(lián)網(wǎng)安全性。

電力方面：文獻(xiàn)[12]針對(duì)當(dāng)前電力終端安全防護(hù)能力弱問題，提出了一種基于標(biāo)識(shí)密碼公鑰體制的通信協(xié)議。所設(shè)計(jì)的協(xié)議是基于設(shè)備指紋與SM9算法為前提。通過終端唯一標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證。通過仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的算法能夠提高網(wǎng)絡(luò)攻擊、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源、提高電力物聯(lián)網(wǎng)終端安全。文獻(xiàn)[13]針對(duì)當(dāng)前電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)安全隱患比較多，提出了一種多級(jí)身份驗(yàn)證和輕量級(jí)加密的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方案。算法數(shù)據(jù)源來自電力設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包括敏感數(shù)據(jù)和非敏感數(shù)據(jù)，敏感數(shù)據(jù)使用RC6、Fiestel算法進(jìn)行加密，非敏感數(shù)據(jù)使用SM4算法加密。在算法中加入了多級(jí)別身份驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的算法安全性、運(yùn)行時(shí)間、解密時(shí)間都有所提升。

船舶方面：船舶物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用比較多，文獻(xiàn)[14]為船舶物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)構(gòu)建了混合密碼體制。第一步是建立物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)交互框架；第二步是在框架基礎(chǔ)上使用混合加密算法；第三步是進(jìn)行對(duì)稱加密與非對(duì)稱加密識(shí)別。仿真結(jié)果表明所涉及的算法能夠提高船舶物聯(lián)網(wǎng)安全性。

物流方面：文獻(xiàn)[15]指出當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)在物流領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但數(shù)據(jù)作為物流企業(yè)發(fā)展中的重要資源，其安全性不言而喻。針對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的物流共享平臺(tái)中信息資源的安全性和保密性問題，在研究中指出首先應(yīng)構(gòu)建出多等級(jí)的安全領(lǐng)域，針對(duì)不同領(lǐng)域進(jìn)行身份驗(yàn)證，其次通過訪問權(quán)限設(shè)置確定出多樣化的授權(quán)方式；第三對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，采用多等級(jí)加密算法，提高信息安全級(jí)別。

通過分析可知物聯(lián)網(wǎng)由于應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，不同領(lǐng)域在使用物聯(lián)網(wǎng)安全模型時(shí)需要根據(jù)行業(yè)屬性建立相應(yīng)加密算法。

五、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)系到底層信息安全及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行。文章分析了物聯(lián)網(wǎng)安全模型定義，指出物聯(lián)網(wǎng)安全模型是指物聯(lián)網(wǎng)中相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)漏洞造成物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)安全事故模型。根據(jù)這一模型分析了物聯(lián)網(wǎng)安全模型數(shù)據(jù)管理和行業(yè)應(yīng)用。未來物聯(lián)網(wǎng)安全模型應(yīng)用更廣闊。

作者單位：舒俊? ? 中國(guó)電信股份有限公司湖州分公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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