物聯(lián)網(wǎng)安全管理與技術(shù)研究

張藝引 中國(guó)移動(dòng)杭州研發(fā)中心開(kāi)放平臺(tái)產(chǎn)品部產(chǎn)品經(jīng)理

杜 霖 中國(guó)信息通信研究院安全研究所工程師

方 琳 中國(guó)信息通信研究院安全研究所助理工程師

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)成為新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力。以物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息通信技術(shù)正加快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，深刻改變著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)形態(tài)和人們的生活方式，催生了大量新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式，引發(fā)了全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)有通信網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，是新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用。物聯(lián)網(wǎng)安全問(wèn)題是技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)3大新特征：一是物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量多、資源受限、安全防護(hù)弱；二是對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求高；三是生產(chǎn)控制系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)交互要求高。

國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)安全形勢(shì)嚴(yán)峻。2016年11月28日前后，德國(guó)電信遭遇一次大范圍的網(wǎng)絡(luò)故障。在這次敀障中，2000萬(wàn)固定網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)中的大約90萬(wàn)個(gè)路由器發(fā)生故障（約4.5%），并由此導(dǎo)致大面積網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)受限；2016年10月24日，在國(guó)際知名安全黑客大賽GeekPwn（極棒）2016嘉年華上，黑客成功破解了智能電動(dòng)輪椅、Edimax智能插座等設(shè)備；2016年10月21日，美國(guó)多個(gè)城市出現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)癱瘓情況，包括Tw itter、Shopify、Reddit等在內(nèi)的大量互聯(lián)網(wǎng)知名網(wǎng)站數(shù)小時(shí)無(wú)法正常訪(fǎng)問(wèn)，造成半個(gè)美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)癱瘓的罪魁禍?zhǔn)资荕 irai僵尸網(wǎng)絡(luò)控制下的數(shù)以10萬(wàn)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

Gartner2017最新報(bào)告指出，安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的4大阻力之首。據(jù)JamesBrehm&Associates于2016年發(fā)布的針對(duì)全球企業(yè)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)成長(zhǎng)中的障礙的調(diào)查結(jié)果顯示，安全以64%的比例排在所有阻礙物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的因素之首，排在第二的是交互操作性（51%），排第三的是不能證明其ROI（Returnon Investment，投資回報(bào)率）（44%）。安全是最大的阻礙物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的因素，需要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全管理和技術(shù)進(jìn)行特別研究。

2 物聯(lián)網(wǎng)安全管理現(xiàn)狀分析

2.1 物聯(lián)網(wǎng)安全管理政策

（1）國(guó)際

美歐日高度重視物聯(lián)網(wǎng)安全發(fā)展，通過(guò)制定專(zhuān)門(mén)的物聯(lián)網(wǎng)安全政策支持安全技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣，并出臺(tái)安全原則指導(dǎo)各利益相關(guān)方加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)。

●美國(guó)

——2015年，美國(guó)國(guó)土安全部發(fā)布《智慧城市的未來(lái)：信息物理基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)》報(bào)告，重點(diǎn)對(duì)交通、電力以及污水處理等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估。

——2016年11月15日，美國(guó)國(guó)土安全部發(fā)布《保障物聯(lián)網(wǎng)安全戰(zhàn)略原則》，呼吁物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與系統(tǒng)時(shí)，皆應(yīng)負(fù)起保障物聯(lián)網(wǎng)（The InternetofThings，IOT）安全的責(zé)任。

——2017年8月1日，國(guó)會(huì)議員推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)安全法案《2017物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全改進(jìn)法》，希望通過(guò)設(shè)定聯(lián)邦政府采購(gòu)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)改善美政府所面臨的物聯(lián)網(wǎng)安全問(wèn)題。

●歐盟

——2009年6月，歐盟出臺(tái)“歐洲物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃”，要求完善隱私及個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)，采取有效措施使物聯(lián)網(wǎng)能夠面對(duì)信任、接受和安全方面的挑戰(zhàn)。

——2013年，歐盟第7研發(fā)框架計(jì)劃（FP7），研發(fā)重點(diǎn)包括物聯(lián)網(wǎng)安全和隱私技術(shù)。

●日本

——為了應(yīng)對(duì)新時(shí)代，于2015年10月成立了物聯(lián)網(wǎng)IoT推進(jìn)聯(lián)盟，在IoT物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)聯(lián)盟下設(shè)的4個(gè)工作組中有專(zhuān)門(mén)的安全研究組——物聯(lián)網(wǎng)安全WG。

——2017年1月17日，日本總務(wù)省發(fā)布《2017年物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全行動(dòng)計(jì)劃》，旨在面向物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)代盡早確立國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全。

（2）國(guó)內(nèi)

近年來(lái)，我國(guó)相關(guān)部門(mén)陸續(xù)出臺(tái)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策措施，關(guān)于安全相關(guān)的內(nèi)容分散在各政策條款中，尚未出臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)安全專(zhuān)門(mén)的安全管理戰(zhàn)略政策。

●2014年6月，工業(yè)和信息化部出臺(tái)《工業(yè)和信息化部2014年物聯(lián)網(wǎng)工作要點(diǎn)》，其中重點(diǎn)為推進(jìn)安全保障體系建設(shè)，指出要建立健全物聯(lián)網(wǎng)安全保障體系。

●2017年，中國(guó)制定了物聯(lián)網(wǎng)的十三五規(guī)劃（2016—2020年），提出建立健全物聯(lián)網(wǎng)安全保障體系，推進(jìn)關(guān)鍵安全技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、重大系統(tǒng)、重要信息的安全保障能力，強(qiáng)化個(gè)人信息安全，構(gòu)建泛在安全的物聯(lián)網(wǎng)。

●2017年11月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》，提出加強(qiáng)IPv6環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、管理及機(jī)制研究，增強(qiáng)新興領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)安全保障能力。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)安全管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

（1）國(guó)際

在物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)方面，國(guó)際各標(biāo)準(zhǔn)組織面向物聯(lián)網(wǎng)特殊的安全需求，從各自領(lǐng)域針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)層次開(kāi)展相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作。

●應(yīng)用層：OneM 2M安全工作組研究發(fā)布M 2M的安全解決方案（TS 0003）、安全解決方案分析（TR 0008）、群認(rèn)證和端到端安全（TR 0012）等。

●網(wǎng)絡(luò)層：ETSIM 2M TC在其規(guī)范中也研究了機(jī)器類(lèi)通信安全，TS102689提出可信環(huán)境和完整性驗(yàn)證需求、私密性需求等；3GPP發(fā)布22.368《機(jī)器類(lèi)型通信服務(wù)需求》、TR 22.868《3GPP系統(tǒng)支持M 2M通信研究》、TR 33.868《機(jī)器類(lèi)型通信安全問(wèn)題研究》。

●感知層：EPCglobal發(fā)布《EPCglobal Reader ProtocolStandard1.1》，規(guī)范讀寫(xiě)器與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)與命令安全交互接口；ITU-T基于標(biāo)簽應(yīng)用的安全威脅分析（X.1171），針對(duì)泛在傳感器的網(wǎng)絡(luò)安全框架（X.usnsec-1）、中間件安全指南（X.usnsec-2）、路由安全（X.usnsec-3）。

（2）國(guó)內(nèi)

我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)化工作總體上處于起步階段，但發(fā)展迅速。2016年10月，TC260標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議周期間，WG5工作組共有十幾項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)、工控安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上會(huì)審議。現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)主要集中在物聯(lián)網(wǎng)感知層，標(biāo)準(zhǔn)間存在交叉重復(fù)的問(wèn)題。

目前，《信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備安全技術(shù)要求》、《信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知層網(wǎng)關(guān)安全技術(shù)要求》、《信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)安全參考模型及通用要求》、《網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求第4部分：物聯(lián)網(wǎng)安全擴(kuò)展要求》、《網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)測(cè)評(píng)要求第4部分：物聯(lián)網(wǎng)安全擴(kuò)展要求》、《網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)安全設(shè)計(jì)技術(shù)要求第4部分：物聯(lián)網(wǎng)安全要求》6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已公開(kāi)征求意見(jiàn)。形成《信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸安全技術(shù)要求》、《信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知層接入通信網(wǎng)的安全要求》標(biāo)準(zhǔn)草案。

3 物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)現(xiàn)狀分析

3.1 國(guó)際安全技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)際方面，眾多大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)在積極地參與和推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)的研究。在物聯(lián)網(wǎng)感知層的輕量級(jí)加密算法方面，美國(guó)哈佛大學(xué)、英國(guó)劍橋大學(xué)分別提出了基于非對(duì)稱(chēng)密鑰的加密算法，適應(yīng)于感知節(jié)點(diǎn)資源受限的特點(diǎn)；在物聯(lián)網(wǎng)的訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)方面，德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)在2008年的第一屆物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)（The InternetofThings，IOT）上針對(duì)EPCIS協(xié)議不具有訪(fǎng)問(wèn)限制權(quán)限的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)用于描述大規(guī)模EPCIS事件中訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的上下文感知策略語(yǔ)言，并提出一種新的基于規(guī)則的訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議，通過(guò)定義訪(fǎng)問(wèn)規(guī)則來(lái)限制用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，加強(qiáng)了信息的安全性；在物聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證技術(shù)方面，意大利羅馬大學(xué)的研究人員提出了在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)中PKI認(rèn)證方法來(lái)使得各個(gè)設(shè)備之間建立信任關(guān)系。

3.2 國(guó)內(nèi)安全技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)方面，2009年8月溫家寶總理在江蘇無(wú)錫調(diào)研時(shí)指出“在傳感網(wǎng)發(fā)展中，要早一點(diǎn)謀劃未來(lái)，早一點(diǎn)攻破核心技術(shù)”、“在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展”、“盡快建立中國(guó)的傳感信息中心，或者叫‘感知中國(guó)’中心”。至此，物聯(lián)網(wǎng)正式成為我國(guó)未來(lái)信息化建設(shè)的重要發(fā)展戰(zhàn)略。

實(shí)際上，中科院早在1999年就啟動(dòng)了傳感器網(wǎng)絡(luò)研究，隨著“感知中國(guó)”概念的提出，我國(guó)現(xiàn)階段又掀起了一場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)研究的新高潮。在物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)的高校、科研機(jī)構(gòu)都取得了一定的研究成果。

在無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的身份認(rèn)證和防DDoS攻擊方面，中興聯(lián)合南京郵電大學(xué)共同提出了一種新型的公鑰管理架構(gòu)和身份認(rèn)證方案。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究人員在分析了網(wǎng)絡(luò)流量構(gòu)成的基礎(chǔ)上，提出了基于相似度的DDoS檢測(cè)方法。

密鑰管理（密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI和密鑰協(xié)商）方面，復(fù)旦大學(xué)提出了一種基于時(shí)間部署的隨機(jī)密鑰管理方案，該方案在為成對(duì)密鑰的生成提供了較高的節(jié)點(diǎn)連通度的同時(shí)，提高了節(jié)點(diǎn)資源利用率并且增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)抵抗節(jié)點(diǎn)受損攻擊的能力。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案的基礎(chǔ)上，提出一種利用節(jié)點(diǎn)部署知識(shí)和已知區(qū)域信息的異構(gòu)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配方案，從而減小節(jié)點(diǎn)所需存儲(chǔ)空間，并增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抗攻擊能力。

目前，我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)的身份認(rèn)證與鑒別、加密技術(shù)、用戶(hù)管理等方面都進(jìn)行了深入的研究，但是國(guó)內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。以密鑰管理為例，目前密鑰產(chǎn)生、管理都沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，現(xiàn)階段亟待需要考慮研究如何對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中身份認(rèn)證與鑒別、加密技術(shù)、用戶(hù)管理等方面制定相應(yīng)的規(guī)范。

4 我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)安全發(fā)展的對(duì)策建議

在新一輪物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展布局的關(guān)鍵窗口，我國(guó)應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，加大戰(zhàn)略布局，從國(guó)家層面提升對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全的總體規(guī)劃部署和頂層設(shè)計(jì)；從法律法規(guī)、戰(zhàn)略政策、管理機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、關(guān)鍵技術(shù)等方面構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)安全保障體系，促進(jìn)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展。

4.1 監(jiān)管角度

（1）完善物聯(lián)網(wǎng)安全相關(guān)的法律制度

加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)安全立法保障，明確界定物聯(lián)網(wǎng)安全保障責(zé)任，明確物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商、生產(chǎn)商、管理者、消費(fèi)者等維護(hù)和保障物聯(lián)網(wǎng)安全的責(zé)任和義務(wù)。重點(diǎn)提出物聯(lián)網(wǎng)個(gè)人隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)跨境流動(dòng)以及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等法律適用建議。

（2）出臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)安全相關(guān)的戰(zhàn)略政策

從國(guó)家層面制定出臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)安全保障戰(zhàn)略、行動(dòng)計(jì)劃等，明確物聯(lián)網(wǎng)安全工作的定位、發(fā)展目標(biāo)和保障措施等。設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)安全發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)資金，出臺(tái)落實(shí)財(cái)稅扶持和投融資政策，全力支持物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。

（3）建立健全物聯(lián)網(wǎng)安全管理機(jī)制

明確政府各部門(mén)在智能家居、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)領(lǐng)域的職責(zé)劃分，加強(qiáng)各部門(mén)協(xié)調(diào)配合，按照國(guó)家政策規(guī)定監(jiān)督指導(dǎo)相關(guān)單位落實(shí)物聯(lián)網(wǎng)安全保護(hù)責(zé)任。制定并推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)安全審查制度和產(chǎn)品安全認(rèn)可認(rèn)證制度，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)核心軟硬件設(shè)備進(jìn)行安全測(cè)評(píng)。完善重要物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵行業(yè)（重點(diǎn)是工控行業(yè)）安全檢查自查制度，組織進(jìn)行安全檢查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患，完善安全措施。建立物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵行業(yè)（重點(diǎn)是工控行業(yè)）應(yīng)急處置機(jī)制，組織制定物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)和事件處理的程序和指南，提高物聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)急響應(yīng)能力。

（4）加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)籌部署

進(jìn)一步梳理物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)流程，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)歸口，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各標(biāo)準(zhǔn)組織之間、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，避免標(biāo)準(zhǔn)間的交叉重復(fù)。組織、協(xié)調(diào)行業(yè)監(jiān)管部門(mén)、研究機(jī)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、安全廠(chǎng)商等共同合作，研究制定物聯(lián)網(wǎng)安全相關(guān)的防護(hù)要求、安全審查、評(píng)估評(píng)測(cè)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，指導(dǎo)業(yè)界開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)安全解決方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施。積極主導(dǎo)或參與物聯(lián)網(wǎng)安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)及工作規(guī)則制定，推動(dòng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，逐步提升我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織中的影響力。

4.2 技術(shù)角度

（1）加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)產(chǎn)品和相關(guān)解決方案研發(fā)。加快國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵軟硬件產(chǎn)品自主研發(fā)，支持國(guó)內(nèi)相關(guān)廠(chǎng)商與科研院所等聯(lián)合，研發(fā)應(yīng)用廣泛，但嚴(yán)重依賴(lài)國(guó)外的物聯(lián)網(wǎng)軟硬件產(chǎn)品（如高端傳感器、大型PLC、SCADA等）。

（2）加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵安全防護(hù)技術(shù)產(chǎn)品和解決方案的研發(fā)，重點(diǎn)突破適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的身份和位置隱私保護(hù)技術(shù)、輕量級(jí)的認(rèn)證協(xié)議和加密算法等。

（3）建立物聯(lián)網(wǎng)安全漏洞信息共享平臺(tái)，實(shí)行安全風(fēng)險(xiǎn)和漏洞通報(bào)制度，收集并及時(shí)發(fā)布有關(guān)漏洞、風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)警信息。

（4）建立物聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，為重點(diǎn)行業(yè)和相關(guān)主管部門(mén)提供網(wǎng)絡(luò)空間內(nèi)重要物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警支撐服務(wù)。

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