关晶奇专栏(第20期)|物联网的应用及其风险管理

关晶奇专栏(第20期)|物联网的应用及其风险管理,第1张

互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果,给我们的生活带来了深刻的变化,物联网是在互联网基础上发展而来的新一代网络。 物联网通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、传感器等信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,使现实世界中的所有物品与网络进行连接,实现了智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网的应用

物联网发展至今,产业规模不断扩大,产业价值不断增加,物联网带来的价值和社会效应日益明显。 未来物联网将广泛用于智能交通、地防入侵、环境保护、政府工作、公共安全、智能电网、工业监测等多个领域。物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。有专家预测10 年内物联网将大规模普及,这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。

例如,电力企业经营管理就体现了运用物联网关键技术的最佳实践。应用物联网技术和现代管理理念对燃料的管理流程进行规范化,采用先进的RFID 射频识别、视频监控、红外线感应、车辆跟踪定位、自动化计量系统,与企业原有的管理信息系统紧密结合,对企业燃料采购计划、计量检验、入库和结算进行全方位监管,对燃料实行集中控制,为每批次燃料均准备独立的身份标签,对燃料本身与燃料合同、计量检验等进行一体化管理,实现燃料管理全过程的自动、闭环控制。还可以把传感器嵌入到电力企业的生产设备、物资运输设备等各个环节中去,去捕获、收集设备运行状况以及技术人员管理的信息,进而通过软件应用系统进行处理和分析,提出辅助决策或预案,整合电力系统中环境基础设施、材料设备以及人员的控制和管理,使人们可以更加精细和灵活的管理生产经营。

物联网风险及其管理

发展物联网的价值无疑是巨大的,物联网对于当前社会的影响也是不容忽视的,在安全与隐私方面的不利影响已经被人们所认识和关注,成为影响物联网发展的风险因素。物联网从技术上体现了现代科技进步,然而物联网的发展在社会生活的各领域存在诸多风险,需要细致的分析新技术对社会的影响,特别是要积极的应对物联网面临的风险。

物联网接入的各种传感器很可能成为“监听和监视”的工具,物联网的商业应用,为了创造商机挖掘个人隐私,极大地威胁隐私安全,比如传感器在何处设置、由谁设置、谁能阅读物联网信息等等,这些物联网隐私和信息权利的复杂性加剧了物联网商业滥用的风险。 物联网电子标签的使用使风险威胁来自两个方面:首先是标签信息泄露问题,其次是通过标签的唯一标识符进行恶意追踪问题。信息泄露是指暴露标签发送信息,当电子标签应用在药品上时,可能暴露药物使用者的病理;当电子档案、生物特征添加到电子标签中时,标签信息泄露问题便极大地危害了个人隐私。恶意追踪可以在不同的时间不同的地点识别标签,得出标签的定位信息。因此可以通过标签的定位信息获得标签持有者的行踪,并且标签识别装备相对价格低廉,极易隐藏并且使用寿命很长,这就加剧了恶意追踪的风险。

对此,笔者建议,在物联网的风险管理中,应深入研究物联网的影响,构建统一的物联网监管体系,综合治理物联网风险,以切实可行的综合措施引导物联网健康发展,减少物联网风险。 关键技术逐渐成熟,管理机制逐步规范,隐私保护与信息安全同步推进,推动物联网内不同对象间的信息交换更加便捷、高效、安全、低成本、自主式、智能化。从技术现代性的角度,思考物联网的问题和风险,对物联网的未来发展富有启发意义。

许多人认为物联网设备很简单,但它们其实并不简单,实际上它们运行的是具有完整网络堆栈和应用层的 *** 作系统。更糟糕的是,其中大部分是我们无法控制的。据研究,多达82%的企业无法识别连接到其网络的所有设备,77%的公司承认物联网设备量的增加会带来严重的安全挑战。

由于我们无法控制的设备数量持续增长,因此风险也在增加。我们已经看到僵尸网络的显着增加,物联网设备被接管并用于从数量、暴力攻击到垃圾邮件和数据泄露等各种应用。例如,骇客可以控制交通摄像头,上传流氓固件,从而可以远程控制受影响的设备。

目前摄像机在动态DNS服务、设备间的通信和缓冲区溢出漏洞方面都存在问题。易受攻击的物联网设备为恶意软件的迅速传播提供入口点。同样,随着我们无线连接的增强,使更多设备能够相互连接,威胁也在不断增加。例如BlueBorne攻击,它允许攻击者利用蓝牙中的漏洞接管设备。目前53亿个设备存在该风险,开启蓝牙功能使攻击者可以悄悄接管任何设备。

这些易受攻击的端点的最恐怖的事情之一是,它们可以让攻击者在您不知情的情况下获得访问权限。如果您不知道网络上的所有设备有哪些或不知道它们是否已正确打补丁,那么就不知道这些设备的防御措施何时已失效。同样,尽管防火墙在某些特定点上可能会很好地保护外围设备并监控网络流量,但企业之间通常也不清楚网络上列入白名单的设备是否适合。并且现在这些设备为了可以直接相互通信,通常使用蓝牙或Wi-Fi来绕过安全系统。

那么物联网所需要做的是将可视性从外围设备扩展到网络核心。一个成功的架构不能依赖代理,它必须清楚所有连接的设备是什么,以及设备何时被入侵。在实施安全解决方案时,需要一些可以与现有环境集成并且位于现有网络基础架构之上的工具,以提供观察。

尽可能地采用自动化,以避免安全团队的重复性工作。同样,分析物联网中各个设备的行为。建模网络中所有设备的预期行为和预期行为,在可能的地方自动执行安全策略,并将不正常的情况报告给安全人员。虽然物联网正在促成许多行业令人振奋的发展,但我们不能忽视安全问题,否则它可能成为发生重大事件的盲点。

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当前,以大数据、人工智能为代表的新一轮科技革命正在孕育兴起,并以前所未有的速度和方式影响和改变着世界。社会正在迈向一个万物互联、万象更新的智能时代。与之相伴相生的是,万物互联正悄然进入人们的生活,越来越多的个体将被接入万物互联的体系,未来甚至垃圾箱也可能会联网。

借由一个物联网设备,黑客攻击行为通过蝴蝶效应扩展到物联网更多节点,影响范围将被迅速放大。物联网环境下,个体间的联系越紧密,那么任何一个针对个体的网络攻击都有可能蔓延到更广的范围,攻击带来的损害程度也将远比对单独个人电脑端、移动端的攻击大得多,物联网时代的网络安全维护正在成为一盘需要统筹全局的“大棋”。

相关数据也佐证了这一点。国家互联网应急中心发布的《2017年我国互联网网络安全态势综述》显示,物联网正在加速融入人们的生产生活,传统的网络攻击和风险正在向物联网和智能设备蔓延。

数据显示,2017年国家信息安全漏洞共享平台收录的安全漏洞中,联网智能设备安全漏洞多达2440个,同比增长1184%,每日活跃的受控物联网设备IP地址达27万个,涉及的设备类型主要有家用路由器、网络摄像头、会议系统等。来源:央广

 物联网的概念是在1999年提出的。物联网的英文名称叫“The Internet of things”,顾名思义,简而言之,物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。严格而言,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网中非常重要的技术是RFID电子标签技术。以简单RFID系统为基础,结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等,构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的,比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。预计物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。有专家预测10年内物联网就可能大规模普及,这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。
国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景:当司机出现 *** 作失误时汽车会自动报警;公文包会提醒主人忘带了什么东西;衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制,在此基础上,人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。
物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的,是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮,是一个全新的技术领域。早在1999年,在美国召开的移动计算和网络国际会议就提出,“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”;2003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首;2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念。
毫无疑问,如果“物联网”时代来临,人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而,不谈什么隐私权和辐射问题,单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向“物联网”时代,但这个过程可能需要很长很长的时间。

所有智能化技术的核心都是设备间的网络互联,而这正是我们耳熟能详的物联网(IoT)。据预测,到2020年,将有500亿个“事物”实现互相通信或是通过互联网进行沟通。面对如此迅速的普及和发展,一些新的挑战也随之而来:如何才能使物联网易于使用并且具有较高的性价比和效率呢?对此,德州仪器(TI)众多物联网专家经过深入交流,指出了物联网发展所面临的六大主要挑战,并给出了解决这些挑战的关键,尤其强调了针对消费类、工业和汽车领域的物联网应用。
挑战一:低功耗是重中之重
物联网从一个利基市场(小众市场)不断发展成为一个几乎将我们生活各个方面都连接在一起的庞大网络,面对如此广泛的应用,功耗是至关重要的。在物联网领域中,许多联网器件都是配备有采集数据节点的微控制器(MCU)、传感器、无线设备和制动器。在通常情况下,这些节点将由电池供电运行,或者根本就没有电池,而是通过能量采集来获得电能。特别是在工业装置中,这些节点往往被放置在很难接近或者无法接近的区域。这意味着它们必须在单个纽扣电池供电的情况下实现长达数年的运作和数据传输。
“电池的安装、养护和维修不仅难度很高,同时也会带来高昂的开销。而在某些车间或厂房内,这些 *** 作甚至非常危险。”关注无线和低功耗充电领域的Harsha表示,“我们的目标就是让用户在器件的使用寿命内无需更换电池。”基于此,Harsha和他的团队正在研究尽可能延长微型电池供电时间的方法。例如,借助太阳能来供电,无论是室内或是户外光源,即使是只从光源中采集很少的能量,其影响也是巨大的。同时,通过工厂中某一物件的内外环境温差,也能够实现能量的采集,例如温度高于外部空气的高温液体管道。此外,在工业装置中,车间内机器所产生的振动也能被用于能量采集。通过住所内来自WiFi的无线电波,也可以为支持物联网节点的电池生成一个小电荷。
以上种种方法的目标是将电池的使用寿命延长10%或20%。虽然消费类电子元器件更新换代的速度越来越快,但是工业应用中的物联网技术可以持续很长的时间。通过使用能量采集来延长电池的使用寿命,一块电池可以持续供电20年到30年,直到所有的节点需要更换。在某些情况下,由于能量采集的使用,这些节点甚至可以实现无电池运行。
挑战二:感测必不可少
如果没有感测,那么物联网也将不复存在。传感器、微型器件和节点是构成整个物联网系统的基石,它们能够测量、生成数据并将数据发送给其他节点或云端设备。无论是感测住宅的房门是否关闭,还是汽车的机油是否需要更换,抑或是生产线上的某个设备会不会出现故障,传感器采集到的数据都是关键信息。
“感测在需要作出决策的时候便会发挥作用,这一过程不一定需要人工干预。”专注电流感测领域的Jason表示,“如果传送带正在传输某个物体,传感器能够帮助确定这个物体是什么、重量为多少以及传送带是否过热等。例如,分析电机内的电流能够让人们了解电机的健康状况、是不是出现了故障。这些都是在进行工厂控制时需要了解的内容,而传感器使这一切变为可能。当提供实时数据时,这些重要数据的结合将影响到方方面面。”
因为传感器采集了海量的数据,特别是在工业物联网(IIoT)中更是如此,所以传感器软件的创新与传感器硬件的创新同样重要。当获得了海量的信息时,如何确定信息是不是过多?如何判定所掌握的数据是不是有用?其中极为重要的一环就是算法。一旦有了合适的算法并且得以充分利用,它们将改变制造业。工厂会变得越来越小,效率却越来越高。
挑战三:连通性选择由繁化简至关重要
一旦传感器数据被低功耗节点采集,这些数据必须被传送到某个地方。在大多数情况下,它会被传送至一个网关,这是物联网系统中互联网与云或其他节点之间的中间点。目前,根据独特的使用情况和不同的需求,我们可以选择多种有线或无线的方式来连接设备。各项不同连通性标准和技术都有其特殊的价值与用途,不过将WiFi、Bluetooth、Sub-1 GHz和以太网中的所有这些标准都整合起来却是一项巨大的工程。鉴于产品的多样性以及需要将连通性添加到很多标准与技术并不相同且大多数此前并不具备互联网连通性的产品中,这就需要采用复杂的技术,并使其变得更加简单。
挑战四:管理云端连通性是关键
一旦数据通过一个网关,它在大多数情况下会直接进入云端。在这里,数据被分析、检查,然后付诸实施。物联网的价值源自云端服务上运行的数据。正如连通性一样,云端服务的选择也有很多,这也是物联网发展中另一个复杂点。
“目前,云端供应商的种类繁多,数量也不尽相同,并且没有针对云端设备连接和管理方式的标准。”专注物联网市场发展领域的Gil表示。为了满足那些使用多个云端服务的用户的需求,必须开发物联网云端生态系统,提供集成的TI技术解决方案。可喜的是,由于云端技术已经实现了良好的成本效益,物联网目前正以极快的步伐飞速发展。不过,为了实现物联网的进一步增长,在复杂度简化方面还有很多工作要做。
挑战五:安全性是广泛采用的关键
整个系统的安全性是制约物联网被广泛采用的最大障碍之一。随着越来越多的设备变得“智能化”,越来越多的潜在安全性漏洞将出现。这需要业界研究构建先进的硬件安全机制,同时将安全机制成本和功耗保持在较低的水平上。这需要相关厂商在集成安全协议和安全性软件方面投入大量的人力物力,努力减少把高级安全性功能添加到物联网产品中所遇到的障碍,以确保在保障安全性方面降低门槛。
挑战六:为经验不足的开发人员提供简易物联网解决方案
虽然物联网技术曾经主要由技术公司使用,但是从目前来看甚至在未来一段时间里,物联网技术将在有着一定技术背景限制的行业中被广泛应用。以一个生产龙头公司为例。直到目前,由于没有任何需求,电气工程师也许从未在龙头制造公司工作过。但是如果这家公司打算生产接入互联网的花洒,那么其在人力和时间方面的投入将是巨大的。因此,物联网技术必须能够轻松地添加到其现有和未来的产品中,而无须网络和安全工程师参与其中。这些公司不需要像一家互联网技术公司那样,在技术学习方面投入,他们现在可以从相关企业获得现成可用的技术。对于相关技术公司来说,如何为这些经验不足的开发人员提供简易且立即见效的物联网解决方案,既是挑战更是机遇。
由于我们生活中越来越多的事物正在与网络建立互联,并且随着物联网应用的不断普及与拓展,还有大量的工作需要去完成。以物联网为代表的信息化应用是对我们未来方方面面高品质生活的巨大展望,包括我们的住所、汽车和高效工厂内的用户便利性与生活方式等,而这一切将最终使我们的世界变得更加美好。

举一个例了,智能家居的运用。如果黑客侵入了某家网络,可以远程监控家里的所有接入设备(包括摄像设备),那么个人隐私会完全暴露。再举一个例子,智能交通,如果交通控制系统被黑了,会造成交通瘫痪。

感知层安全威胁
物联网感知层面临的安全威胁主要如下:
    T1 物理攻击:攻击者实施物理破坏使物联网终端无法正常工作,或者盗窃终端设备并通过破解获取用户敏感信息。
    T2 传感设备替换威胁:攻击者非法更换传感器设备,导致数据感知异常,破坏业务正常开展。
    T3 假冒传感节点威胁:攻击者假冒终端节点加入感知网络,上报虚假感知信息,发布虚假指令或者从感知网络中合法终端节点骗取用户信息,影响业务正常开展。
    T4 拦截、篡改、伪造、重放:攻击者对网络中传输的数据和信令进行拦截、篡改、伪造、重放,从而获取用户敏感信息或者导致信息传输错误,业务无法正常开展。
    T5 耗尽攻击:攻击者向物联网终端泛洪发送垃圾信息,耗尽终端电量,使其无法继续工作。
    T6 卡滥用威胁:攻击者将物联网终端的(U)SIM卡拔出并插入其他终端设备滥用(如打电话、发短信等),对网络运营商业务造成不利影响。

感知层由具有感知、识别、控制和执行等能力的多种设备组成,采集物品和周围环境的数据,完成对现实物理世界的认知和识别。感知层感知物理世界信息的两大关键技术是射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术和无线传感器网络(Wireless Sensor Networ
k,WSN)技术。因此,探讨物联网感知层的数据信息安全,重点在于解决RFID系统和WSN系统的安全问题。

RFID技术是一种通过射频通信实现的非接触式自动识别技术。基于RFID技术的物联网感知层结构如图1所示:每个RFID系统作为一个独立的网络节点通过网关接入到网络层。因此,该系统架构下的信息安全依赖于在于单个RFID系统的信息安全。


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