物聯(lián)網(wǎng)信息安全與隱私保護(hù)研究綜述

張亞娟　劉寒冰　馮靈霞

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又和普通的互聯(lián)網(wǎng)不同，傳統(tǒng)的隱私保護(hù)技術(shù)將不能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)資源受限的環(huán)境。從軟件和硬件兩個(gè)方面分析物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)技術(shù)研究現(xiàn)狀后，指出存在的問題，同時(shí)提出物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，很難通過一種解決方案來解決問題。最后總結(jié)出，研究輕量級(jí)的加密技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)隱私安全的通信機(jī)制和感知環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可能出現(xiàn)隱私泄露的問題將能推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；隱私保護(hù)；軟件；硬件；輕量級(jí)加密；隱寫術(shù)；團(tuán)路由

中圖分類號(hào)：F713.363 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Although the internet of things has developed on the basis of internet， it differs from ordinary internet. Traditional privacy protection technology will not adapt to restricted environment of terminal node resources of the internet of things any longer. The author points out existing problems after analyzing the progress of the research on privacy protection of the internet of things from the software and hardware， it also puts forward that the environment of the internet of things is complex， we can not solve the problem by one project. Finally， it overcomes research on lightweight encryption technology to improvement on the performance of terminal calculation， the mechanism of communication of sensor node protection technology and protection transmission data in perceived environment will promote the development and popularization of the internet of things.

Key words： IoT； privacy preservation； software； hardware； lightweight encryption； steganography； cluster routing

1 概 述

物聯(lián)網(wǎng)是指利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物品等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)[1]。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因其巨大的應(yīng)用前景而受到各國(guó)政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛重視。如今，已經(jīng)在智能家居、智能樓宇、智能交通、醫(yī)療健康等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

然而，許多智能設(shè)備沒有對(duì)用戶的隱私信息進(jìn)行加密，比如，在2016年初的美國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)主辦的PrivacyCon大會(huì)上，有研究人員指出，Nest智能恒溫器會(huì)以明文的形式泄露用戶信息，而Ubi的一款智能音箱會(huì)泄露傳感器信息，黑客可以利用這一信息判斷用戶是否在家[2]，進(jìn)而可能會(huì)敲詐或者謀殺用戶。這樣的研究結(jié)果，會(huì)給用戶帶來恐慌，進(jìn)而拒絕設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會(huì)受到嚴(yán)重阻礙。

因此，隱私保護(hù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的推廣具有重要的意義。首先，對(duì)個(gè)體而言，無論是物聯(lián)網(wǎng)哪種類型的隱私泄露，都可能涉及用戶位置、個(gè)人興趣愛好，甚至社會(huì)關(guān)系等敏感信息[3]，一旦此類數(shù)據(jù)被惡意監(jiān)聽或篡改，使用戶個(gè)人隱私暴露于公眾，都可能造成無法挽回的損失。其次，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，隱私保護(hù)問題的解決與否直接影響物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的推廣和民眾是否愿意使用物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，如果能夠有效地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)的安全性，將更好地實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，有利于更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

2 研究現(xiàn)狀

通過查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)為了保護(hù)用戶隱私數(shù)據(jù)，確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全，可以從軟件和硬件兩個(gè)方面來封堵安全漏洞。

據(jù)日本安全軟件公司Trend Micro的總裁Eva Chen介紹，未來三年網(wǎng)絡(luò)黑客的入侵范圍將由原來的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到家用電器、電視攝像頭等眾多與網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備中，他們將要推出一些專為保護(hù)智能家居設(shè)備免受入侵的軟件，Eva Chen顯然意識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)安全的重要性以及未來的市場(chǎng)前景，對(duì)于保障物聯(lián)網(wǎng)安全則更多是從基于軟件方面考慮的，然而，威脅已經(jīng)擴(kuò)展到軟件之外，一些黑客為了破壞系統(tǒng)安全性，已經(jīng)將手伸到了硅片級(jí)[4]。2015年，國(guó)內(nèi)知名安防企業(yè)海康威視曾爆發(fā)黑天鵝事件，其產(chǎn)品漏洞爆發(fā)安全事件，導(dǎo)致部分設(shè)備被境外IP控制。江蘇省公安廳曾為此發(fā)文要求全省各級(jí)公安機(jī)關(guān)對(duì)海康威視設(shè)備進(jìn)行全面清查，開展安全加固。2016年10月21日，北美地區(qū)大量用戶發(fā)現(xiàn)Twitter、Netflix、Paypal、GitHub等重要網(wǎng)站陸續(xù)無法訪問，該情形持續(xù)了6個(gè)小時(shí)之久。大量媒體描述稱“半個(gè)美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)癱瘓了”。而在本次美國(guó)網(wǎng)絡(luò)癱瘓事件中，國(guó)外安全分析網(wǎng)站Krebs on Security指出被感染的DVR、攝像頭設(shè)備則主要來自杭州雄邁信息技術(shù)有限公司、浙江大華技術(shù)股份有限公司兩家中國(guó)企業(yè)，前者為大部分?jǐn)z像頭企業(yè)提供攝像模組，而后者面向全球提供視頻存儲(chǔ)、前端、顯示控制和智能交通等系列化產(chǎn)品[5]。

通過硬件方式實(shí)現(xiàn)的硬件加密顯然比軟件安全更加可靠。一些公司開始嘗試增加安全芯片的方式進(jìn)行硬件加密。硬件加密是通過專用加密芯片或獨(dú)立的處理芯片等實(shí)現(xiàn)密碼運(yùn)算。將加密芯片、專有電子鑰匙、硬盤一一對(duì)應(yīng)到一起時(shí)，加密芯片將把加密芯片信息、專有鑰匙信息、硬盤信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)并做加密運(yùn)算。同時(shí)寫入硬盤的主分區(qū)表，這時(shí)加密芯片、專有電子鑰匙、硬盤就綁定在一起，缺少任何一個(gè)都將無法使用。經(jīng)過加密后硬盤如果脫離相應(yīng)的加密芯片和電子鑰匙，在計(jì)算機(jī)上就無法識(shí)別分區(qū)，更無法得到任何數(shù)據(jù)。

由中星微電子和公安部第一研究所共同起草的安全防范監(jiān)控?cái)?shù)字視音頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（SVAC）是一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。SVAC依靠半導(dǎo)體芯片技術(shù)，具有硬變硬解的能力，通過芯片編碼、解碼，來提高產(chǎn)品的安全性?，F(xiàn)在公安部安全與警用電子產(chǎn)品質(zhì)量（北京）檢測(cè)中心采用SVAC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于國(guó)內(nèi)的安防監(jiān)控產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，從而確保從硬件方面封堵安全漏洞。

3 存在問題

綜合上述研究現(xiàn)狀可以看出，當(dāng)前對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)問題的研究取得了一些研究成果，研究者提出了一系列的保護(hù)策略，推進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及，能夠更好地促進(jìn)信息社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步。然而，還存在以下問題：

（1）許多智能設(shè)備的開發(fā)商都是小型創(chuàng)業(yè)公司，沒有資源或經(jīng)驗(yàn)去提供復(fù)雜的安全功能；

（2）當(dāng)前對(duì)于隱私保護(hù)技術(shù)的研究還大多停留在理論模型階段；

（3）方法的普適性差，運(yùn)行效率低下，缺乏高效性和輕量性。

4 發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)的隱私保護(hù)涉及到前端設(shè)備、傳輸鏈路、后端管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)協(xié)議，設(shè)備種類繁多，通信協(xié)議各異，很難通過一種解決方案來解決物聯(lián)網(wǎng)的安全問題。

在感知層，面臨的威脅是針對(duì)射頻識(shí)別的安全威脅[6]。研究輕量性的加密方法，通過密碼機(jī)制，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，使得原始數(shù)據(jù)不被非法用戶可見，以防隱私被非法竊取。

在網(wǎng)絡(luò)層，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采用無線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，容易被竊聽。通過研究一種基于分布式隱寫術(shù)的高能效信息隱藏技

術(shù)[7]，研究物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)隱私安全的通信機(jī)制。

在應(yīng)用層，面臨節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)配置問題。通過構(gòu)造帶特征的團(tuán)結(jié)構(gòu)[8]，研究感知環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可能出現(xiàn)隱私泄露的問題。

5 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)在給人們的生活帶來便利的同時(shí)，也會(huì)將個(gè)人隱私暴露在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。盡管存在擔(dān)憂，但是大部分人認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的潛在優(yōu)勢(shì)很重要。研究物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)技術(shù)，封堵安全漏洞，將能夠有效地推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用的普及。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，依靠一種解決方案，不能完全解決問題，需要研究各種可能的威脅，進(jìn)而提出應(yīng)對(duì)措施來確保物聯(lián)網(wǎng)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董曉蕾. 物聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)研究進(jìn)展[J]. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2015，52（10）：2341-2352.

[2] 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用編輯部. 物聯(lián)網(wǎng)避不開的安全難題，該如何應(yīng)對(duì)？[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2016（3）：1-2.

[3] 黃小英. 基于LBS（位置服務(wù)）的隱私保護(hù)算法研究[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（5）：96-98.

[4] 佚名. 怎樣克服物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全的“軟肋”[EB/OL]. （2014-12-08）[2016-11-05]. http：//www.eeworld.com.cn/IoT/2014/1208/article_999_2.html.

[5] 陳寶亮. 物聯(lián)網(wǎng)安全頻亮紅燈 安全預(yù)算不足1%[EB/OL]. （2016-10-25）[2016-11-05]. http：//tech.sina.com.cn/t/2016-10-25/doc-ifxwzuci9469408.shtml.

[6] 王和平，景鳳宣. 物聯(lián)網(wǎng)安全與隱私保護(hù)研究[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（5）：9-12.

[7] 朱青，趙桐，王珊. 面向查詢服務(wù)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)算法[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2010，33（8）：1315-1323.

[8] 聶旭云，倪偉偉，王瑞錦，等. 無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)聚合隱私保護(hù)協(xié)議分析[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2013，30（5）：1281-1284.