物联网面临的四大现代挑战

物联网面临的四大现代挑战

1 物联网的硬件设计

人们首先要从 社会 发展的角度来考虑物联网的发展。在以往，与互联网连接的设备的问题是硬件设计。

起初，笔记本电脑通过Wi-Fi连接到互联网，但由于缺乏相应的通信基础设施，人们无法在任何地方使用Wi-Fi，所以笔记本电脑也并不方便携带和使用。

在2007年苹果发布iPhone之前，连接到互联网的手机的用户体验通常非常糟糕。而目前iPhone和Android手机应用非常普遍，人们通常使用手机访问互联网。

与此同时，还推出了一些连接互联网的可穿戴设备，如智能手表和腕带，其功能包括帮助监测人们的 健康 状况。

最近，智能家电已经成为智能家居的重要组成部分。例如，智能电视成为最常见的设备。人们可以直接观看在线视频并上网冲浪。此外，更多智能家电将以智能冰箱、智能烤箱、智能洗衣机、智能加热器的形式进入人们的家中。

一开始，笔记本电脑和手机使用2G/ 3G网络。如今，Wi-Fi和4G是最常用的通信技术。当可穿戴设备连接手机时，由于其能源效率的原因，蓝牙技术是最佳选择。但是由于某些应用场景的限制，这些技术无法扩展。例如，智慧城市使用传感器的特性来收集数据并将其发送回服务器。这些传感器通常无法使用Wi-Fi。通常，传感器与服务器之间的距离很长，因此蓝牙技术无法在这样的应用中使用。

2低功耗远程通信

为此，行业厂商开发了一些低功耗和长距离通信技术，称为低功耗广域网。 LoRa是一种流行的无线电调制技术，它促进了许多应用，例如智能远程测量仪，但仍有很多工作要做。

物联网设备传统上是采用传感器来收集数据或控制器。当人工智能应用于这些设备时，这些设备将变得越来越智能。由于物联网设备没有足够的计算能力来处理收集到的数据，因此将它们发送回服务器。然而，目前它耗费了太多的通信能量，而物联网设备并不总是能够上网。

3 人工智能集成物联网

最近，学术界和工业界开始应用机器算法，而不是“云计算”。iPhone X中的Face ID就是一个很好的例子。实际上，直接在手机上运行这些人工智能算法并不容易，因为这些算法是为服务器或计算机设计的，而不是针对物联网设备的。因此，需要考虑资源受限的物联网设备的优化。因此，更智能的物联网应用将变得更加可用。

4物联网设备的安全

工程师的另一个任务是确保物联网设备的安全。由于计算资源受限，物联网设备容易受到网络攻击。与个人电脑不同，人们无法在其上安装任何防病毒软件，其方法也不高效。为了保护物联网设备，需要仔细设计替代的安全方法。而且，物联网设备也能收集敏感数据。

在未来一年中，与物联网相关的更多技术将会逐渐成熟并应用于人们的日常生活中，以提高生活质量，但这四个技术领域需要取得更多的进展。

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

尽管IPv4中常见的攻击方式将在IPv6网络中失效，使来自网络层的一些安全攻击得以抑制，但采用IPv6并不意味着关紧了安全的大门，来自应用层的威胁将以新的方式出现。 总有人误认为“网络改成IPv6，安全问题就全面解决了”。诚然，IPv4中常见的一些攻击方式将在IPv6网络中失效，例如网络侦察、报头攻击、碎片攻击、假冒地址及蠕虫病毒等，但IPv6不仅不可能彻底解决所有安全问题，反而还会产生新的安全问题。
虽然与IPv4相比，IPv6在网络保密性、完整性方面做了更好的改进，在可控性和抗否认性方面有了新的保证，但目前多数网络攻击和威胁来自应用层而非网络层。因此，保护网络安全与信息安全，只靠一两项技术并不能实现，还需配合多种手段，诸如认证体系、加密体系、密钥分发体系、可信计算体系等。

安全新问题如影随形

IPv6是新的协议，在其发展过程中必定会产生一些新的安全问题，主要包括:
● 针对IPv6的网管设备和网管软件都不太成熟。
IPv6的管理可借鉴IPv4。但对于一些网管技术，如SNMP（简单网络管理）等，不管是移植还是重建，其安全性都必须从本质上有所提高。由于目前针对IPv6的网管都不太成熟，因此缺乏对IPv6网络进行监测和管理的手段，对大范围的网络故障定位和性能分析的能力还有待提高。
● IPv6中同样需要防火墙、***、IDS（入侵检测系统）、漏洞扫描、网络过滤、防病毒网关等网络安全设备。
事实上，IPv6环境下的病毒已经出现。例如，有研究人员在IPv6中发现了一处安全漏洞,可能导致用户遭受拒绝服务攻击。据悉,该漏洞存在于IPv6的type 0路由头(RH0)特征中。某些系统在处理IPv6 type 0路由头时存在拒绝服务漏洞。
● IPv6协议仍需在实践中完善。
IPv6组播功能仅仅规定了简单的认证功能，所以还难以实现严格的用户限制功能。移动IPv6(Mobile IPv6)也存在很多新的安全挑战，目前移动IPv6可能遭受的攻击主要包括拒绝服务攻击、重放攻击以及信息窃取攻击。另外，DHCP（ Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议）必须经过升级才可以支持IPv6地址，DHCPv6仍然处于研究、制订之中。
●向IPv6迁移过程中可能出现漏洞。
目前安全人员已经发现从IPv4向 IPv6转移时出现的一些安全漏洞，例如黑客可以非法访问采用了IPv4和IPv6两种协议的LAN网络资源，攻击者可以通过安装了双栈的IPv6主机建立由IPv6到IPv4的隧道，从而绕过防火墙对IPv4进行攻击。
IPv6协议在网络安全上的改进
● IP安全协议(IPSec)技术
IP安全协议(IPSec)是IPv4的一个可选扩展协议，而在IPv6中则是一个必备的组成部分。IPSec协议可以“无缝”地为IP提供安全特性，如提供访问控制、数据源的身份验证、数据完整性检查、机密性保证，以及抗重播(Replay)攻击等。
IPSec通过三种不同的形式来保护通过公有或私有IP网络来传送的私有数据。
(1)验证:通过认证可以确定所接受的数据与所发送的数据是否一致，同时可以确定申请发送者在实际上是真实发送者，而不是伪装的。
(2)数据完整验证:通过验证保证数据从原发地到目的地的传送过程中没有任何不可检测的数据丢失与改变。
(3)保密:使相应的接收者能获取发送的真正内容，而无关的接收者无法获知数据的真正内容。
需要指出的是，虽然IPSec能够防止多种攻击，但无法抵御Sniffer、DoS攻击、洪水(Flood)攻击和应用层攻击。IPSec作为一个网络层协议，只能负责其下层的网络安全，不能对其上层如Web、E-mail及FTP等应用的安全负责。
●灵活的扩展报头
一个完整的IPv6数据包包括多种扩展报头，例如逐个路程段选项报头、目的选项报头、路由报头、分段报头、身份认证报头、有效载荷安全封装报头、最终目的报头等。这些扩展报头不仅为IPv6扩展应用领域奠定了基础，同时也为安全性提供了保障。
比较IPv4和Ipv6的报头可以发现，IPv6报头采用基本报头+扩展报头链组成的形式，这种设计可以更方便地增添选项，以达到改善网络性能、增强安全性或添加新功能的目的。
IPv6基本报头被固定为40bit，使路由器可以加快对数据包的处理速度，网络转发效率得以提高，从而改善网络的整体吞吐量，使信息传输更加快速。
IPv6基本报头中去掉了IPv4报头中的部分字段，其中段偏移选项和填充字段被放到IPv6扩展报头中进行处理。
去掉报头校验(Header Checksum，中间路由器不再进行数据包校验)的原因有三: 一是因为大部分链路层已经对数据包进行了校验和纠错控制，链路层的可靠保证使得网络层不必再进行报头校验; 二是端到端的传输层协议也有校验功能以发现错包; 三是报头校验需随着TTL值的变化在每一跳重新进行计算，增加包传送的时延。
●地址分配与源地址检查
地址分配与源地址检查在IPv6的地址概念中，有了本地子网(Link-local)地址和本地网络(Site-local)地址的概念。从安全角度来说，这样的地址分配为网络管理员强化网络安全管理提供了方便。若某主机仅需要和一个子网内的其他主机建立联系，网络管理员可以只给该主机分配一个本地子网地址;若某服务器只为内部网用户提供访问服务，那么就可以只给这台服务器分配一个本地网络地址，而企业网外部的任何人都无法访问这些主机。
由于IPv6地址构造是可会聚的(aggregate-able)、层次化的地址结构，因此，IPv6接入路由器对用户进入时进行源地址检查，使得ISP可以验证其客户地址的合法性。
源路由检查出于安全性和多业务的考虑，允许核心路由器根据需要，开启反向路由检测功能，防止源路由篡改和攻击。
IPv6固有的对身份验证的支持，以及对数据完整性和数据机密性的支持和改进，使得IPv6增强了防止未授权访问的能力，更加适合于那些对敏感信息和资源有特别处理要求的应用。
通过端到端的安全保证，网络可以满足用户对安全性和移动性的要求。IPv6限制使用NAT（Network Address Translation，网络地址转换），允许所有的网络节点使用全球惟一的地址进行通信。每当建立一个IPv6的连接，系统都会在两端主机上对数据包进行 IPSec封装，中间路由器对有IPSec扩展头的IPv6数据包进行透明传输。通过对通信端的验证和对数据的加密保护，使得敏感数据可以在IPv6 网络上安全地传递，因此，无需针对特别的网络应用部署ALG(应用层网关)，就可保证端到端的网络透明性，有利于提高网络服务速度。
●域名系统DNS
基于IPv6的DNS系统作为公共密钥基础设施(PKI)系统的基础，有助于抵御网上的身份伪装与偷窃。当采用可以提供认证和完整性安全特性的DNS安全扩展 (DNS Security Extensions)协议时，能进一步增强对DNS新的攻击方式的防护，例如网络钓鱼(Phishing)攻击、DNS中毒(DNS poisoning)攻击等，这些攻击会控制DNS服务器，将合法网站的IP地址篡改为假冒、恶意网站的IP地址。

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