智能家居系統(tǒng)安全性方案研究

鄭建國(guó)

（浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 浙江 紹興 312016）

1 引言

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)諸多領(lǐng)域得到了日漸廣泛的應(yīng)用，深刻影響了人們的生活方式。智能家居系統(tǒng)，是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要應(yīng)用。智能家居系統(tǒng)立足于家居環(huán)境，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建無(wú)線傳感的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居生活的智能化管理。在確保智能家居系統(tǒng)便捷性的同時(shí)，要兼顧其安全性，使智能家居系統(tǒng)為使用者提供智能化的生活體驗(yàn)和安全的生活環(huán)境。

2 智能家居系統(tǒng)概述

2.1 智能家居系統(tǒng)的概念

智能家居系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)各類(lèi)先進(jìn)技術(shù)，諸如計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能云端控制技術(shù)、綜合布線技術(shù)等進(jìn)行了充分應(yīng)用，并嚴(yán)格遵循人體工程學(xué)的相關(guān)原理，有效結(jié)合使用者的個(gè)性化需求，覆蓋了家居生活的各個(gè)方面，將安全防護(hù)、燈光控制、通風(fēng)采暖以及衛(wèi)生防疫等各個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居生活的智能控制和有效管理，為使用者提供了智能化的家居生活體驗(yàn)[1]。

2.2 智能家居系統(tǒng)的架構(gòu)

當(dāng)前，多數(shù)智能家居系統(tǒng)主要通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的有效連接，并有效保障數(shù)據(jù)共享的實(shí)時(shí)性。ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)具有良好的安全性，且具有低功耗的特點(diǎn)，是以自動(dòng)化控制為基礎(chǔ)的無(wú)線數(shù)傳技術(shù)。智能家居系統(tǒng)的整體構(gòu)件主要包括以下三部分：（1）ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，主要構(gòu)成設(shè)備包括協(xié)調(diào)器、路由器以及終端設(shè)備。其中，協(xié)調(diào)器在ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)核心地位，負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建和管理維護(hù)；路由器主要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并對(duì)最佳路由策略進(jìn)行執(zhí)行；終端設(shè)備負(fù)責(zé)采集并傳輸各類(lèi)數(shù)據(jù)。（2）智能網(wǎng)關(guān)。該設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的有效控制，并確保信息的有效傳輸和指令的有效控制。同時(shí)，該設(shè)備還負(fù)責(zé)對(duì)Internet連接進(jìn)行控制。（3）遠(yuǎn)程終端控制平臺(tái)。智能家居系統(tǒng)主要通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)以及智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居數(shù)據(jù)的有效收集和傳輸處理[2]。

3 智能家居系統(tǒng)的安全性研究

3.1 家居環(huán)境安全性

智能家居系統(tǒng)，對(duì)家居生活涉及的各類(lèi)家用電器以及門(mén)禁進(jìn)行有效管控。當(dāng)前，智能家居系統(tǒng)生產(chǎn)制造行業(yè)缺乏統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)，難以有效保障智能家居系統(tǒng)的安全性，諸多系統(tǒng)硬件和相關(guān)設(shè)備存在安全隱患。不法分子利用黑客技術(shù)攻擊智能家居系統(tǒng)的設(shè)備漏洞，即可能非法獲取智能家居系統(tǒng)的控制權(quán)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其安防系統(tǒng)的有效破解，將對(duì)智能家居系統(tǒng)的使用者造成嚴(yán)重的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全威脅[3]。

3.2 數(shù)據(jù)安全性

無(wú)論對(duì)何種通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，均須有效保障數(shù)據(jù)安全。智能家居系統(tǒng)會(huì)對(duì)使用者身份信息及家居生活相關(guān)信息進(jìn)行采集傳輸。因此，必須切實(shí)保障智能家居系統(tǒng)具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)安全性，有效保障系統(tǒng)用戶(hù)的賬戶(hù)信息、各類(lèi)隱私數(shù)據(jù)以及普通數(shù)據(jù)信息的安全[4]。

3.3 用戶(hù)登錄賬戶(hù)安全性

智能家居系統(tǒng)主要通過(guò)賬戶(hù)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)身份的有效識(shí)別。因此，賬戶(hù)信息在智能家居系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。智能家居系統(tǒng)要求用戶(hù)憑借身份信息對(duì)系統(tǒng)賬戶(hù)進(jìn)行注冊(cè)，智能家居系統(tǒng)會(huì)將用戶(hù)身份信息作為依據(jù)，對(duì)其身份級(jí)別進(jìn)行判定，并對(duì)用戶(hù)操作權(quán)限進(jìn)行合理分配。系統(tǒng)用戶(hù)具備的身份級(jí)別越高，智能家居系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)管理權(quán)限的分配就越高。因此，賬戶(hù)信息在智能家居系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位。高級(jí)賬戶(hù)的重要信息，諸如密碼信息等發(fā)生泄漏，將嚴(yán)重危害智能家居系統(tǒng)的安全性。因此，要加強(qiáng)對(duì)用戶(hù)登錄賬戶(hù)安全性的有效保障，避免不法分子對(duì)智能家居系統(tǒng)的非法登錄。

3.4 通信數(shù)據(jù)安全性

在信息時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的價(jià)值日益顯著。智能家居系統(tǒng)中的各類(lèi)數(shù)據(jù)充分體現(xiàn)了用戶(hù)的相關(guān)信息。智能家居系統(tǒng)通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶(hù)信息進(jìn)行收集上傳，勢(shì)必涉及到用戶(hù)隱私，此類(lèi)隱私信息極易遭受黑客攻擊和非法竊取。因此，智能家居系統(tǒng)要切實(shí)保障通信數(shù)據(jù)的安全性，確保用戶(hù)隱私安全。

3.5 控制指令安全性

智能家居系統(tǒng)用戶(hù)可憑借遠(yuǎn)程終端以及內(nèi)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的訪問(wèn)和有效控制。在內(nèi)網(wǎng)控制狀態(tài)下，ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出顯著的安全性，能有效保障各項(xiàng)指令的安全傳輸，使各類(lèi)控制指令呈現(xiàn)出良好的安全性。在遠(yuǎn)程終端控制狀態(tài)下，Internet呈現(xiàn)出顯著的開(kāi)放性，極易受到各類(lèi)攻擊，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)指令傳輸安全性的有效保障。

4 智能家居系統(tǒng)安全性方案設(shè)計(jì)

4.1 身份驗(yàn)證環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

用戶(hù)設(shè)備對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行登錄，需對(duì)用戶(hù)設(shè)備進(jìn)行身份驗(yàn)證。在該環(huán)節(jié)中，智能家居系統(tǒng)主要應(yīng)用以雙因子為基礎(chǔ)的認(rèn)證模式，并緊密結(jié)合數(shù)字簽名相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)非法入侵的有效預(yù)防。以雙因子為基礎(chǔ)的認(rèn)證模式，其主要機(jī)制是“設(shè)備MAC地址+動(dòng)態(tài)口令”。智能家居系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)設(shè)備的身份驗(yàn)證，主要包括以下內(nèi)容：

（1）設(shè)備首次注冊(cè)

用戶(hù)相應(yīng)的終端設(shè)備對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行首次登錄，需通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)，對(duì)終端設(shè)備實(shí)施注冊(cè)，并經(jīng)過(guò)系統(tǒng)用戶(hù)主人的有效許可，對(duì)終端設(shè)備具備的原始MAC設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，并實(shí)現(xiàn)其對(duì)智能家居系統(tǒng)相應(yīng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的有效存儲(chǔ)。以系統(tǒng)用戶(hù)主人的直接確認(rèn)和角色設(shè)置為依據(jù)，對(duì)用戶(hù)終端設(shè)備的操作權(quán)限進(jìn)行合理分配。同時(shí)，在用戶(hù)設(shè)備安裝具備動(dòng)態(tài)口令校驗(yàn)的相關(guān)軟件。

（2）設(shè)備登錄驗(yàn)證

當(dāng)用戶(hù)終端設(shè)備完成首次注冊(cè)之后，對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行再次登錄，系統(tǒng)會(huì)對(duì)設(shè)備登錄要求相關(guān)的身份驗(yàn)證。智能家居系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)設(shè)備登錄進(jìn)行驗(yàn)證過(guò)程中，智能網(wǎng)關(guān)以及用戶(hù)終端設(shè)備二者通過(guò)單向散列函數(shù)對(duì)信息進(jìn)行傳輸處理，以確保信息傳輸?shù)募用苄?。同時(shí)，有效結(jié)合數(shù)字簽名技術(shù)，對(duì)賬戶(hù)信息實(shí)施簽名處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)登錄信息安全完整的有效保障。

4.2 數(shù)據(jù)加密環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

對(duì)智能家居系統(tǒng)全部傳輸數(shù)據(jù)劃分具體級(jí)別，根據(jù)級(jí)別高低，采用具有相應(yīng)復(fù)雜程度的加密手段。最高級(jí)別的數(shù)據(jù)是賬戶(hù)登錄信息相關(guān)數(shù)據(jù)，屬Ⅰ級(jí)數(shù)據(jù)，通過(guò)MD5算法以及AES技術(shù)對(duì)之實(shí)施加密處理，并結(jié)合數(shù)字簽名處理，有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩暾约安豢煞裾J(rèn)。各類(lèi)控制指令，屬Ⅱ級(jí)加密數(shù)據(jù)，通過(guò)MD5算法以及數(shù)字簽名處理，有效保障此類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。各?lèi)隱私數(shù)據(jù)，屬Ⅲ級(jí)數(shù)據(jù)，通過(guò)MD5算法以及AES算法對(duì)之實(shí)施加密處理。通過(guò)AES算法對(duì)普通數(shù)據(jù)實(shí)施加密處理。

4.3 日志記錄模塊設(shè)計(jì)

在智能家居系統(tǒng)安全性方案設(shè)計(jì)中，要強(qiáng)化日志記錄模塊設(shè)計(jì)。通過(guò)日志實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況以及相關(guān)參數(shù)的有效記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)設(shè)備對(duì)智能家居系統(tǒng)各項(xiàng)操作，諸如登錄、訪問(wèn)等的詳細(xì)記錄。通過(guò)日志記錄及審查，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)掌握，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居系統(tǒng)具體安全級(jí)別的科學(xué)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)非法入侵的自動(dòng)預(yù)警。另外，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)日志呈現(xiàn)的故障記錄進(jìn)行分析，可快速準(zhǔn)確定位系統(tǒng)故障，并及時(shí)通過(guò)應(yīng)急預(yù)案實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能的有效恢復(fù)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要加強(qiáng)對(duì)智能家居系統(tǒng)安全性模型的科學(xué)設(shè)計(jì)，有效保障家居環(huán)境安全性、數(shù)據(jù)安全性、用戶(hù)登錄賬戶(hù)安全性、通信數(shù)據(jù)安全性以及控制指令安全性。同時(shí)，要通過(guò)身份驗(yàn)證環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)加密環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)以及日志記錄模塊設(shè)計(jì)強(qiáng)化智能家居系統(tǒng)安全性方案設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]段俊紅，韓煉冰，房利國(guó)．智能家居系統(tǒng)的信息安全保密研究[J]．通信技術(shù)，2016，49(10)：1398-1401．

[2]朱賀新，劉業(yè)輝，宋玉娥．智能家居系統(tǒng)安全體系研究與設(shè)計(jì)[J]．北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，14(2)：9-12.

[3]齊晉維．智能家居系統(tǒng)物聯(lián)安全性方案研究[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017(1)：145．