物聯(lián)網(wǎng)(IOT)掀起了近幾十年來(lái)最大的技術(shù)浪潮之一。預(yù)計(jì)到2020年將有500億臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連，形成可能覆蓋我們周圍一切事物的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)將跨越工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、汽車和其它應(yīng)用，影響數(shù)十億人。鑒于其對(duì)個(gè)人、機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的影響范圍甚廣，安全性上升成為所有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分，任何負(fù)責(zé)任的商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都必須真正把握安全性的理念受到了廣泛認(rèn)可。
在評(píng)估物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)脆弱性時(shí)，開(kāi)發(fā)人員將目光對(duì)準(zhǔn)了最基本的元素—邊緣節(jié)點(diǎn)。而作為物聯(lián)網(wǎng)中的“物”，數(shù)量眾多的傳感器和執(zhí)行器向物聯(lián)網(wǎng)提供數(shù)據(jù)并執(zhí)行來(lái)自云端或用戶與電腦、手機(jī)、車載系統(tǒng)、智能家電或其它平臺(tái)交互產(chǎn)生的指令。邊緣節(jié)點(diǎn)通常是小型低成本的智能設(shè)備，但正是由于它們?cè)L問(wèn)的資源有限，往往被錯(cuò)誤地認(rèn)為不易受到攻擊。與邊緣節(jié)點(diǎn)交互的服務(wù)器以及與之連接的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)擁有了成熟的安全技術(shù)，而邊緣節(jié)點(diǎn)到目前為止還未具備這樣的技術(shù)。
當(dāng)談到保護(hù)這樣的系統(tǒng)時(shí)，人們常把“加密”與“安全”視為相等，但其實(shí)那只是安全難題的一個(gè)方面。創(chuàng)建安全環(huán)境的首要任務(wù)之一是穩(wěn)妥地發(fā)現(xiàn)和證明連接到您網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的身份。必須首先確定是誰(shuí)要連接到網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槿绻麤](méi)有預(yù)先建立起安全的身份認(rèn)證，加密和傳輸層安全協(xié)議(如SSL/TLS)做的就是“保護(hù)”那些根本不應(yīng)該進(jìn)入您的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)者。
圖1. 盡管有安全通道，攻擊者仍然可以從邊緣節(jié)點(diǎn)侵入網(wǎng)絡(luò)
為了更好地理解節(jié)點(diǎn)安全，讓我們以登錄網(wǎng)上銀行賬戶作類比。首先在您的電腦和銀行網(wǎng)站之間建立一個(gè)安全的(即經(jīng)過(guò)加密和認(rèn)證的)連接(這是一個(gè)https鏈接)。然而，這個(gè)安全鏈接只是在您的電腦和銀行之間創(chuàng)建加密通信通道時(shí)對(duì)您的電腦進(jìn)行了驗(yàn)證，而并沒(méi)有對(duì)您本人進(jìn)行認(rèn)證。此時(shí)，銀行還不了解您是不是一個(gè)騙子。您需要輸入密碼。這個(gè)密碼是您的加密密鑰，所以從理論上來(lái)講，只有您和銀行知道。一旦它被發(fā)送到銀行就會(huì)與已經(jīng)保存的您的密碼進(jìn)行比較。如果相匹配，那么對(duì)銀行而言，這證明您就是您所聲稱的人。從這個(gè)例子可以看到，網(wǎng)上銀行的安全性由兩個(gè)層次來(lái)提供：1)傳輸層建立安全連接，2)應(yīng)用層通過(guò)密碼證明(認(rèn)證)您的身份。同樣，如果物聯(lián)網(wǎng)受到足夠重視，那么物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)安全也必須由多個(gè)層次來(lái)提供。
物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)也使用傳輸層安全協(xié)議來(lái)創(chuàng)建連到云端的安全連接。但要實(shí)現(xiàn)真正的安全，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)還必須獲得應(yīng)用層的安全性。這意味著不只是通信通道(即，管道)，節(jié)點(diǎn)本身也需要經(jīng)過(guò)認(rèn)證。除了通道認(rèn)證，應(yīng)用層應(yīng)建立加密和數(shù)據(jù)完整性檢查機(jī)制來(lái)保護(hù)流經(jīng)管道的數(shù)據(jù)。
考慮到這一點(diǎn)，由于這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往是一些簡(jiǎn)單小型設(shè)備，而其操作絕少或無(wú)需與人互動(dòng)，因此，也帶來(lái)了一種新的網(wǎng)絡(luò)連接范式。這通常會(huì)引發(fā)各種各樣的疑問(wèn)。一方面，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施安全性的擔(dān)憂讓人們懷疑“如何確定一臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是可信的?甚至怎么知道連接到您的網(wǎng)絡(luò)的是一臺(tái)真實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，而不是假扮物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的某臺(tái)惡意入侵設(shè)備?”。這遭到了一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的反駁，比如“有人知道我的溫控器設(shè)定了幾度又有什么大不了的呢?”、“誰(shuí)在乎是否有人知道我的燈是開(kāi)著的?”、“誰(shuí)想知道我的計(jì)步器記錄我走了幾步路呢?”。
如果您不僅考慮該設(shè)備訪問(wèn)了自身的哪些數(shù)據(jù)，還開(kāi)始關(guān)心該設(shè)備已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上訪問(wèn)了超出其本身范圍的哪些數(shù)據(jù)，就會(huì)遇到更加實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。幾宗廣泛報(bào)道的數(shù)據(jù)泄漏事故是由非安全網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)假冒身份造成的，而惡意入侵者可以偽裝成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)從而進(jìn)入公司網(wǎng)絡(luò)。一旦進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，安全性變得更加脆弱，它們最終能夠訪問(wèn)受害者的客戶數(shù)據(jù)庫(kù)并破壞生產(chǎn)流程。如果惡意入侵者除了訪問(wèn)云服務(wù)，還可能訪問(wèn)并控制節(jié)點(diǎn)本身的操作，那么確定節(jié)點(diǎn)的身份(認(rèn)證)將成為一個(gè)極為重要的考慮因素。
盡管現(xiàn)有的SSL/TLS等網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)可以很好地保護(hù)未遭受入侵的邊緣節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器之間的通信通道，它們卻不是無(wú)敵的--不能防止非入網(wǎng)型攻擊?？梢院苋菀椎乜吹剑绻粽呖刂屏诉吘壒?jié)點(diǎn)，SSL/TLS將無(wú)濟(jì)于事。
嚴(yán)密的安全性包括三個(gè)基本要素，其首字母縮寫(xiě)為“CIA”：
· 保密性-Confidentiality：儲(chǔ)存或以正進(jìn)行發(fā)送的數(shù)據(jù)都應(yīng)只供授權(quán)人可見(jiàn);
· 完整性-Integrity：發(fā)送的消息不應(yīng)在到達(dá)目的地之前被修改;
· 真實(shí)性-Authenticity：可以向人們保證“消息的發(fā)送者正是聲稱的本人”。
滿足這些元素要求的技術(shù)有多種，其共性是使用密鑰或私鑰作為驗(yàn)證識(shí)別標(biāo)簽的獨(dú)特部分。如何管理這些密鑰的存儲(chǔ)和通信決定了系統(tǒng)的安全性。
目前面臨的挑戰(zhàn)是在實(shí)現(xiàn)邊緣節(jié)點(diǎn)安全性的同時(shí)確?？捎糜?jì)算能力、內(nèi)存、電源以及預(yù)算維持在有限范圍內(nèi)。本文的目的是確定邊緣節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵安全策略，說(shuō)明密鑰在所有安全解決方案中發(fā)揮的核心作用，并勾勒出成功的密鑰管理技術(shù)。
安全身份的級(jí)聯(lián)裨益
一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備被確認(rèn)為是“可信的”，便可充分獲得無(wú)數(shù)的其它好處。包括安全通信、生態(tài)系統(tǒng)
圖2. 通過(guò)身份驗(yàn)證的節(jié)點(diǎn)可以獲得的眾多好處。
正如您所看到的，一旦可以驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與自稱相符，您就可以獲得只可在可信、安全的環(huán)境中才能擁有的好處。
邊緣節(jié)點(diǎn)的隱患：什么可能出錯(cuò)?
在討論解決方案之前，我們需要更好地了解邊緣節(jié)點(diǎn)存在哪些隱患，以便提供有效的保護(hù)。這其中包含兩個(gè)方面：識(shí)別攻擊者侵害節(jié)點(diǎn)的方法和了解這種攻擊的后果。
攻擊模式
有四種方法來(lái)侵入邊緣節(jié)點(diǎn)：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、通過(guò)外部端口、通過(guò)毗鄰攻擊(有時(shí)被稱為“旁路攻擊”)，以及直接侵入設(shè)備。
網(wǎng)絡(luò)攻擊。只有網(wǎng)絡(luò)的入口得到最好的保護(hù)才能算是安全的。處在密切監(jiān)控下卻毫無(wú)保護(hù)的節(jié)點(diǎn)不再能夠幸免：Shodan1等網(wǎng)絡(luò)工具可以查找網(wǎng)絡(luò)、識(shí)別出所有未受保護(hù)的節(jié)點(diǎn)。雖然TLS保護(hù)可以發(fā)揮巨大作用，但是邊緣節(jié)點(diǎn)的TLS實(shí)現(xiàn)缺陷、加密算法未充分使用隨機(jī)數(shù)、未監(jiān)測(cè)出的惡意軟件、黑客專家發(fā)起的猛烈協(xié)議攻擊，甚至是最近發(fā)現(xiàn)的FREAK2攻擊等協(xié)議本身的弱點(diǎn)都可能導(dǎo)致細(xì)微的漏洞。即使在受到全面保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)中，攻擊者也可以通過(guò)偽造固件更新并以其編寫(xiě)的代碼替換合法代碼的方式來(lái)入侵防御薄弱的邊緣節(jié)點(diǎn)。
端口攻擊。(有線或無(wú)線的)網(wǎng)絡(luò)端口可能是小型基礎(chǔ)邊緣節(jié)點(diǎn)上唯一可用的連接。然而，復(fù)雜的邊緣節(jié)點(diǎn)可能配有插入不同傳感器的模塊端口、USB或其它端口，甚至是無(wú)線端口來(lái)連接一些配件、耗材(如墨盒)，或是用于測(cè)試和調(diào)試設(shè)備。每種端口均提供了一個(gè)接入邊緣節(jié)點(diǎn)的機(jī)會(huì)。攻擊可能通過(guò)一個(gè)未使用的端口，或者一個(gè)可以被拆卸并更換為設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)攻擊的其它硬件的配件來(lái)實(shí)施。與網(wǎng)絡(luò)端口不同，沒(méi)有既定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)保護(hù)這些端口。
毗鄰攻擊。不連接任何邊緣節(jié)點(diǎn)也可能發(fā)生復(fù)雜攻擊。通過(guò)在無(wú)保護(hù)裝置上進(jìn)行電源線竊聽(tīng)，或是測(cè)量信號(hào)發(fā)送或振動(dòng)，可以提取出密鑰信息。利用制造功率波動(dòng)等非法行為或故障可以把設(shè)備置于無(wú)記錄非安全的狀態(tài)下。
物理攻擊。最后，堅(jiān)定的攻擊者可能會(huì)拆卸邊緣節(jié)點(diǎn)來(lái)探查其(有/無(wú)電源的)內(nèi)部電路，甚至取出并逆向處理芯片來(lái)獲取嵌入式存儲(chǔ)器的內(nèi)容。
Comprehensive security must protect against all of these modes of attack.
全面的安全保護(hù)必須防范所有這些攻擊模式。
后果
當(dāng)然，我們只看護(hù)那些我們認(rèn)為有價(jià)值的東西。簡(jiǎn)單的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)于攻擊者來(lái)說(shuō)似乎沒(méi)什么價(jià)值，但是成功攻擊的后果卻可以把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和連接到該網(wǎng)絡(luò)的所有東西都置于危險(xiǎn)境地。
通過(guò)突破邊緣節(jié)點(diǎn)，甚至是網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞，攻擊者可以獲得其安全性應(yīng)受到保護(hù)的所有秘密，特別是實(shí)現(xiàn)安全性所需的密鑰。一旦獲取了鑰匙，便可突破包括加密和消息認(rèn)證在內(nèi)的所有其它安全保護(hù)。
一旦攻擊者控制了邊緣節(jié)點(diǎn)，他或她就可以在不引發(fā)任何警報(bào)的情況下改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的行為。對(duì)于其它的服務(wù)器而言，被控制的邊緣節(jié)點(diǎn)仍然是一個(gè)“可信”的實(shí)體，于是繼續(xù)主動(dòng)向其泄露秘密而絲毫沒(méi)有發(fā)覺(jué)它們已經(jīng)落入壞人之手。
這種泄密會(huì)削弱消費(fèi)者對(duì)其財(cái)務(wù)、醫(yī)療，身份及其它數(shù)據(jù)的隱私和安全的信心。同時(shí)(在美國(guó))還可能違反美國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)(FTC)對(duì)于貿(mào)易問(wèn)題、美國(guó)醫(yī)治保險(xiǎn)攜帶和責(zé)任法案(HIPAA)/美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)對(duì)于醫(yī)療保健應(yīng)用，或美國(guó)證券交易委員會(huì)(SEC)/聯(lián)邦存款保險(xiǎn)公司(FDIC)對(duì)于金融交易的規(guī)定。對(duì)空域控制和道路交通系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)、電網(wǎng)、飛機(jī)和汽車的攻擊還可能影響公共安全，部分不安全會(huì)造成工業(yè)運(yùn)作的不可靠。
控制和安全存儲(chǔ)。
密鑰加密形成良好安全性的基礎(chǔ)
有很多種協(xié)議和方法可以解決各種安全問(wèn)題，而所有這些均以一種或另一種方式使用了加密“密鑰”。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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