摘要:随着物联网的快速发展，物联网的安全问题已经成为限制物联网发展的重要因素。与传统互联网安全技术相比，物联网安全技术更具大众性和平民性，与所有人的日常生活密切相关。本文围绕物联网的三层体系结构，对物联网感知层、网络层、应用层的安全需求和安全问题进行了探讨。
关键词:物联网;体系结构;安全
物联网是继计算机、互联网与移动通信网络之后的一个新兴网络技术。物联网能够让物体拥有智慧，从而实现人与物、物与物之间的信息交互。它是全面感知、可靠传输和智能处理的叠加。从信息安全的角度看，物联网是一个多网并存的异构融合网络，存在的安全问题包括与其他网络相同的安全问题，也包括其特殊的安全问题。目前，物联网的体系结构被公认为有三个层次:感知层、网络层和应用层。
1物联网感知层安全
感知层要全面感知外界信息，主要是采集、捕获原始信息和识别物体。感知层设备收集的信息通常具有明确的应用目的，如公路摄像头捕捉的图像信息直接用于交通监控，使用导航仪可以轻松了解当前位置及要去目的地的路线;使用摄像头可以和朋友聊天和在网络上面对面交流;使用ＲFID技术的汽车无匙系统，可以自由开关门，甚至开车都免去钥匙的麻烦，也可以在上百米内了解汽车的安全状态等。但是，各种方便的感知系统给人们生活带来便利的同时，也存在各种安全和隐私问题。例如，通过摄像头的视频对话或监控在给人们生活提供方便的同时，也会被恶意企图的人控制利用，从而监控个人的生活，泄露个人的隐私。特别是近年来，黑客利用个人计算机连接的摄像头泄露用户的隐私事件层出不穷［1］。另外，在物联网应用中，有时需要同时处理、综合利用多种类型的感知信息，不同的感应信息可能会相互影响。同时，物联网应用强调的是信息共享，因此，相同的信息会被不同的平台应用，如何处理这些感知信息将对信息的有效应用产生直接影响。
1．1感知层的安全挑战
1)感知层的网络节点遭到恶意控制。2)感知节点所获取的信息被非法捕获。3)感知层的普通节点密钥被控制者捕获。4)感知层的普通节点被非法捕获。5)网络DoS的攻击。6)大量感知节点的标识、识别、认证和控制问题。
1．2感知层的安全需求
针对以上感知层的安全挑战，感知层的安全需求可以归纳为:1)保密性:大多数的感知层内部是不需要进行认证和密钥管理的，因此可考虑在整个感知层统一部署一个可共享的密钥。2)节点认证:当数据共享时，考虑到非法节点接入的可能性，个别感知层的节点需要进行认证。3)密钥协商:预先协商会话密钥要在数据传输前进行［2］。4)信誉评估:为降低攻击方入侵后的危害，经常性评估重要感知层可能被攻击方控制的节点行为。5)安全路由:所有感知层内部对安全路由技术有不同的要求。
1．3感知层面临的安全问题
感知层面临的信息安全问题体现在以下几个方面:1)传统的互联网的安全保护能力相对完整，但是当互联网中大量数据同时发送时，可能会使得感知层的节点受到来自于网络的拒绝服务(DoS)攻击。2)感知层的普通节点被敌手捕获或者网关节点被敌手控制，都会为入侵者对物联网发起攻击提供可能性［3］。3)要十分关注每个感知层节点的标识、识别、认证和控制问题。
2物联网网络层安全
通过物联网网络层，可以把感知层所收集到的信息安全可靠地传送到应用层，主要依靠网络基础设施，包括互联网、移动网和一些专用网(如国家电力专用网、广播电视网)等［2］。因此，在信息传输过程中不可避免地会出现跨网络传输，在物联网环境中尤为常见，因此，极有可能产生信息安全隐患。物联网不仅存在移动通信网络和互联网这些传统网络带来的网络安全问题，而且由于在物联网中存在大量缺少有效管控的自动设备，并且终端数量庞大，设备种类和应用场景复杂，这些因素都对物联网网络安全提出了新的挑战。
2．1网络层的安全挑战
1)假冒攻击、中间人攻击等。2)非法接入。3)信息窃取、篡改。4)DoS攻击、DDoS攻击。5)跨异构网络的网络攻击。
2．2网络层的安全需求
在网络层，异构网络的信息交换是需要集中关注的安全重点，尤其是在网络认证方面需要有更好的安全防护措施。信息在网络中传输时，很可能被攻击者非法获取到相关信息，甚至篡改信息，必须采取保密措施进行保密保护。因此，网络层的安全需求可以归纳如下:1)数据保密性:数据传输的内容不能被泄露。2)数据完整性:在传输过程不能出现非法篡改数据的现象。3)数据流保密性:有些应用要求数据流量信息不能被泄露。4)认证与密钥协商机制的一致性或兼容性:需要进行跨域认证和不同无线网络所使用的不同认证，并解决密钥协商机制对跨网认证的不利影响。5)DDoS攻击的检测和预防:这是物联网中最常见的攻击现象，需要采取对脆弱节点的DDoS攻击防护措施［2］。
2．3网络层面临的安全问题
2．3．1来自物联网接入方式的安全问题网络层传输采用各种网络，如移动互联网、有线网、WiFi、WiMAX等各种无线接入技术，于是，保证异构网络间节点漫游和服务的无缝移动成为了重要课题［1］。另外，物联网主要依靠移动通信网络接入，而移动通信网络中移动站与固定网络端之间的所有通信都是通过无线接口来传输的。众所周知，无线接口是开放的，这样就使得任何使用无线设备的个体都可以窃听无线信道，以此窃取其中传输的信息，甚至任意篡改其中传输的信息。因此，移动网络存在的安全因素有无线窃听、身份假冒、数据篡改等。2．3．2来自物联网终端自身的安全问题随着物联网应用的日益丰富，业务终端也日趋智能化，终端的计算和存储能力不断增强，同时也提高了终端感染病毒、木马或恶意代码入侵的几率。一旦终端被入侵成功，之后通过网络传播就变得非常容易。病毒、木马或恶意代码在物联网内具有更大的传播性和更强的破坏性。同时，网络终端自身系统平台的完整性保护和验证机制不健全，在此之上传递的信息很容易被窃取或篡改。如果物联网终端丢失或被盗，那么在终端内存储的私密信息也极有可能泄露。2．3．3来自核心网络的安全未来，物联网网络层的主要载体将会是全IP化移动通信网络和互联网。相对来说，移动通信网络和互联网的核心网络的安全保护能力是比较完整的，但在全IP化开放性网络中，传统的DoS攻击、DDoS攻击、假冒攻击等网络安全问题仍是不可避免的，且由于物联网中，以分布式集群方式存在的终端数量较多，所以在批量数据传输时极有可能使承载网络造成堵塞，产生拒绝服务攻击。
3物联网应用层安全
开展物联网系统的具体业务是物联网应用层设计的主要目的，它所涉及的信息安全问题是直接面向物联网用户群的，与物联网的其他层次有着明显的区别。物联网应用范围较广，因此，对广域范围的海量数据信息处理和业务控制策略提出了很大的安全挑战，尤以业务控制和管理、隐私保护等安全问题更为突出。此外，物联网应用层的信息安全还涉及信任安全、位置安全、云安全以及知识产权保护等。
3．1应用层的安全挑战
应用层的安全挑战大致可归纳为以下几点:1)大量终端的数据识别和处理;2)智能变成低能;3)应急控制和恢复;4)内部攻击;5)设备(尤其是移动设备)的丢失。
3．2应用层的安全需求
在物联网中，信息是海量的，平台是分布式的。当不同的数据通过一个平台处理时，首先应该解决数据分配的问题，因此要先进行数据分类。还有，许多数据都是加密数据，如何快速有效地处理海量加密数据是这一阶段要考虑的主要问题。应用层的安全需求可以从以下几个方面的问题加以考虑:1)使隐私保护和认证不冲突;2)追踪已泄露的信息;3)销毁计算机数据;4)进行计算机取证;5)保护电子产品和软件的知识产权;6)根据不同的访问权限筛选同一数据库中的内容［4］。
3．3应用层面临的安全问题
1)业务控制和管理:首先要解决对物联网设备远程签约，以及对业务信息进行配置的问题。其次，物联网需要一个统一全面的安全管理平台。最后，还需要在不割裂网络与业务之间信任关系的前提下，解决对物联网机器的日志等安全信息进行管理的问题。2)隐私保护:涉及个体隐私的数据在物联网中是非常多的，如个人位置信息、个人健康数据、个人出行路线、企业产品信息等，因此，隐私保护技术将成为物联网安全技术研究的热点问题。
4结束语
针对各个层次的独立安全问题，已经有一些信息安全解决措施。但对于一个物联网应用整体来讲，各个层次的独立安全措施简单叠加并不能达到一加一等于二甚至大于二的效果，也就是说，要对物联网提供可靠的安全保障，单纯依靠每个层次的独立安全措施是行不通的。一方面，已有的对感知层、网络层的部分安全解决方案在物联网环境中可以使用，另外一部分在物联网环境中不能适用。第一，物联网中的传感器数量和终端数量很多，这些都是单个传感网所不具备的;第二，物联网所连接的终端处理能力相差很大，它们之间相互作用，信任关系复杂;第三，与传统的互联网和移动网相比，物联网所处理的数据量要大得多。另一方面，物联网各个层次的安全并不代表整个物联网的安全。原因如下:1)物联网是一个大系统，它融合多个逻辑层于一体，而往往很多安全问题都来自于系统融合;2)数据共享是物联网区别于传感网的最大特点之一，因此，物联网对安全性的要求更高;3)物联网的应用领域非常广泛，渗透到现实生活中的各行各业，所以，在物联网应用中，除了传统网络的安全需求外，如认证、授权、审计等，还包括物联网应用数据的隐私安全需求、服务质量需求和应用部署安全需求等，对安全提出了更多的要求。因此，对物联网的发展而言，需要在现有信息安全体系之上，构建全面、可靠传输、智能处理并可持续发展的安全架构。
参考文献
［1］桂小林，张学军，赵建强．物联网信息安全［M］．北京:机械工业出版社，2014:1－53．
［2］武传坤．物联网安全架构初探［J］．中国科学院院刊，2010(4):411－419．
［3］张横云．物联网感知层的信息安全防护研究［J］．电脑知识与技术，2011，7(19):73－74．
［4］曲艳博．面向物联网的SIP协议安全方案研究［D］．西安:西安电子科技大学，2014．
［5］邢鹏，张猛．信息安全在物联网时代面临的挑战［J］．计算机安全．2012(6):72－75.
作者：陈娜 单位：山西交通职业技术学院信息工程系
