《物联网信息安全》课件第0章 物联网安全概述-1.ppt

1、第第1章章 物联网安全概述物联网安全概述1.1 物联网安全概述1.1.1 物联网概念与发展历程 物联网（Internet of Things）是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。1刘云浩.物联网导论M,北京:科学出版社,2011 另外一个国内被普遍引用的物联网定义物联网定义是来自百度百科和互动百科的定义，虽然没有经过官方审定，但是传播范围很广：通过通过RFID、红外感、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的

2、协议，把任何物品与互联网连接起备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。定位、跟踪、监控和管理的一种网络。下面先回顾一下物联网的发展历程，然后介绍如何理解物联网概念。括号部分是我们对事件的评论。后面的章节选材和内容组织在某种程度上与这些事件相呼应。（1）1998年，美国麻省理工学院提出了当时被称为EPC（Electronic Product Code）系统的物联网构想。紧接着在1999年，在EPC编码、RFID技术和互联网基础上，MIT的Auto-ID中心提出物联网的概念。20

3、03年10月，非盈利性组织EPCglobal成立。（这形成了基于Internet的RFID系统。）（2）2004年，IETF成立了基于低功耗无线个域网（LoWPAN）的IPv6工作组6LoWPAN，致力于研究由IEEE 802.15.4链路构成的低功耗无线个域网中如何优化运行IPv6协议。这为通过Internet直接寻址访问无线传感器网络节点（无需通过网关）提供了可能。（使得无线传感器网络走向开放并可能成为一种web服务。）（3）2006年，美国国家自然科学基金委员会将信息物理融合系统CPS（Cyber Physical System）作为重点支持的研究课题。CPS是一个以通信和计算集成的监控

4、和协调行动的工程化物理系统，是计算、通信和控制的融合，具备很高的可靠性、安全性和执行效率。CPS试图突破原有传感器网络系统自成一体、计算设备单一、缺乏开放性等缺点，注重多个系统间的互联互通，强调与互联网的联通，真正实现开放的、动态的、可控的、闭环的计算和服务支持。（感知和控制融合使得物联网更加强大，从此控制系统的安全需要重视了。）（4）2005年，国际电信联盟ITU发布了ITU互联网报告2005：物联网。报告指出，世界上所有的物体都可以通过互联网主动进行信息交换。RFID、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。强调M2M（Machine-to-Machine）通信。2008年

5、，欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在物联网2020报告中分析预测了未来物联网的发展阶段。（可见，欧洲的物联网是从电信部门开始主导的，因为M2M具有巨大的市场潜力。）（5）2008年9月，IPSO（IP Smart Object）联盟成立，推进IP在智能物体（Smart Object）中的应用。（智能物体可视为一种通用的物联网终端模型，其功能可能是异构的Hybrid，即具有感知、识别、制动等多重功能。）（6）2009年1月，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”。作为仅有的两名代表之一的IBM首席执行官首次提出了“智慧地球”的概念。依据奥巴马总统的经济恢复法案，200

6、9年美国能源部宣布投资45亿美元打造基于M2M技术的实时双向通信的智能电网。在美国除M2M（Machine-to-Machine）外，最受关注的物联网应用是智能电网和远程医疗。这两个领域都是奥巴马政府低碳经济和医疗改革政策直接推动的结果。（美国研究物联网是从具体应用入手的，重视智能电网、远程医疗等物联网应用。）（7）2009年，欧盟执委会发表题为Internet of Things an Action Plan for Europe的物联网行动方案，描绘了物联网技术应用的前景。（物联网上升为整个欧盟的战略行为。）（8）2009年，韩国通信委员会和日本政府IT战略本部分别提出了物联网相关战略。（

7、韩日的物联网战略。）（9）2009年8月，总理在无锡视察时发表重要讲话，提出“感知中国”的战略构想。在后来的“让科技引领中国可持续发展”的讲话中，将物联网列入战略新兴产业之一，标志着物联网产业发展已经提升到我国的国家战略。（我国开始大规模介入物联网。）对于物联网概念的理解，应该从基本应用需求出发，把握物联网的特点和基本技术。对于物联网的发展和应用，不同的国家有着不同的着力点。美国常常提及智能电网（为了新能源利用、节能减排的需要）、远程医疗、基于EPCglobal网络的供应链管理。欧洲常常提及M2M应用，从大规模安装无线移动通信的SIM卡到智能设备或者监控仪表来促进其发展，以及智能嵌入式实时系统

8、。我国的物联网则涉及范围更加广泛，从传感网和RFID的应用入手、到两化融合（自动化和信息化的融合）和M2M，被认为是一次赶超世界先进信息技术的历史机遇。物联网的特点是融合了无线网络和有线网络，扩大了接入Internet网络的设备的规模（除了计算机外，还有大量的微型计算设备），使得网络连接的范围更广。加上这些设备如传感器节点具有感知外部环境的功能，有些设备如RFID具有标识附着的物体的能力，这些设备还可以借助卫星定位系统如GPS，可被定位和追踪，这些都使得人类具有比以前更加强大的获取信息的能力。如果这些设备还能够具备行动能力，则人类具有比以前更加强大的控制能力。这些使得人类具有前所未有的能力去感

9、知、标识、跟踪、联接、控制、管理地球上的物体的一举一动，好比给地球加上了一个神经系统。这个神经系统有末梢（物联网终端系统）、有传导（网络通信系统）、以及处理（如云计算、信息与网络中心等）。1.1.2 物联网的体系结构物联网应该具备三个特征：（1）全面感知全面感知，即利用RFID、传感器、条形码（二维码）、GPS（北斗卫星导航）定位装置等随时随地获取物体的信息；（2）可靠传递可靠传递，通过各种网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；（3）智能处理智能处理，利用云计算等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化控制。因此，物联网的体系架构通常认为有三个层次：底层

10、是用来感知（识别、定位）的感知层，中间是数据传输的网络层，上面是应用层。如图1.1所示。图1.1 物联网体系架构 感知层包括以传感器为代表的感知设备、以RFID为代表的识别设备、GPS（北斗系统）等定位追踪设备、以及可能融合部分或全部上述功能的智能终端（手机）等。大规模的感知则构成了无线传感器网络。另外，M2M的终端设备，智能物体都可视为感知层中的物体。感知层是物联网信息和数据的来源。网络层包括接入网、核心网以及服务端系统（云计算平台、信息网络中心、数据中心等）。接入网可以是无线近距离接入，如无线局域网、Zigbee、Bluetooth、红外。也可以是无线远距离接入，如移动通信网络、WiMAX

11、等。也可能其他接入形式如有线网络接入（PSTN、ADSL、宽带）、有线电视、现场总线、卫星通信等。网络层的承载是核心网，通常是IPv6（IPv4）网络。网络层是物联网信息和数据的传输层，此外，网络层也包括信息存储查询、网络管理等功能。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，是物联网网络层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。应用层利用经过分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务，这些服务通常是在具备感知、识别、定位追踪能力后新增加的功能，如智能电网、智能物流、远程医疗、智能交通、智能家居、环境监控等。依靠感知层提供的数据和网络层的传输，进行相应的处理后，可能再次通过网络层反馈给感知层

12、。应用层是物联网信息和数据的融合处理和利用，是物联网发展的目的。我们认为，物联网中比较有特色的共性网络技术有三个：6LoWPAN、EPCglobal网络和M2M（Machine-to-Machine）。（1）6LoWPAN，主要用于基于Internet寻址访问传感器节点，由IETF定义，被IPSO联盟推广。从广义上讲，可用于在基于IEEE802.15.4的无线个域网链路条件下，承载IPv6协议构成一个广域的大规模的设备（智能物体，Smart Object）的联网。这一技术可视为无线传感器网络的Internet演进，其推动者是IETF以及IPSO联盟。（2）EPCglobal网络，主要用于基于I

13、nternet的RFID系统，由EPCglobal定义，主要用于广域物体的定位与追踪的物流应用。这一技术可视为RFID技术的Internet演进，其推动者是EPCglobal组织。（3）M2M，通常是指通过远距离无线移动通信网络（例如GPRS，TD-SCDMA等）的设备间的通信，如终端设备与中心服务器间通信的智能抄表，以及两个广域网的设备间的通信（通过中心服务器转接）。M2M的主要作用是为远端设备提供无线通信接入Internet的能力。M2M很多时候可视为一种接入方式，这种接入方式和无线移动通信网中以人为中心的接入方式不同，M2M中接入的对象是设备，且这些设备通常是无人看守的（因此M2M设备可

14、能是机卡一体的）。当然，广义上M2M可泛指所有机器之间的通信，涵盖控制系统间的通信。M2M通常是移动通信运营商在推动，可视为远距离无线移动通信网络的接入端从以人为中心向以设备为中心演进。上述3种技术之间的关系可以如下表述：（1）EPCglobal网络和M2M可以融合，即RFID读写器通过M2M连接到Internet，然后可访问EPGglobal定义的ONS（Object Name Service）、EPCIS（EPC Information Service）等服务。EPCglobal网络主要定义了应用层服务的架构。（2）6LoWPAN和M2M之间的区别是前者提供了直接的Internet寻址能力

15、，而后者可以通过在M2M服务器端的网关功能进行寻址，这种寻址类比于一种基于广域无线通信网的网络地址转换（NAT，Natural Address Translatoin），因为后者可不需要配置IP地址，而只需要配置M2M标识。6LoWPAN是协议栈的一个适配层。（3）无线传感器节点或者无线传感网网络网关也可以通过M2M的GPRS、特别是TD-SCDMA连接到远距离无线移动通信网络的中心节点，然后与Internet相连。达到6LoWPAN技术类似的效果。M2M的最大优势是对大规模移动性的支持。基于上述基本网络技术、根据需求选择适当的终端设备、再合理地选择接入网络和核心网，就可以构造各种新颖的应用，

16、只受想象力的限制。国际电信联盟（ITU）在2005年的物联网报告中，描述了一个物联网应用场景。这是2020年日常生活的一天。一个来自西班牙的23岁名叫Rosa的学生，刚刚同男朋友吵完架，想要独处一段时间。她决定私自驾驶自己的智能汽车去法国阿尔卑斯山的一个滑雪胜地度周末。但是她必须先去修理厂，因为汽车的传感系统提醒她轮胎可能坏了。当她进入修车厂入门通道的时候，基于传感器的诊断工具已经为她的车作了全面检查，并根据检查的结果引导她的车开进一个配备有自动机器人手的专门修理站点。Rosa下车后去喝杯咖啡，饮料自动售货机知道Rosa喜欢冰咖啡，所以在Rosa挥舞网络手表付账后得到了一杯她想要的冰咖啡。当Rosa回来时，一对新的后轮胎（装有传感器和RFID）已经安装好了。机器人然后提示Rosa新轮胎上与隐私有关的选项，存储在汽车控制系统中的信息是为维护和维修用的，但在汽车行驶中如果周围有RFID读写器，这些信息将被读取到。Rosa不想任何人知道（特别是她男友）知道她去哪里，所以她选择把这些信息设为被保护，防止被无权限的人看到。终于，Rosa可以开车去最近的商业街购物了。她想买有内嵌媒体