论文部分内容阅读
摘要：随着物联网技术的发展，物联网在工业领域的应用也曰益广泛，但物联网的安全隐患为其在工业领域的应用提出了新的挑战。本文通过建立工业物联网的多层体系架构，详细介绍了整体架构的设计原则和感知层、网络层、平台层、应用层四部分的设计方案，同时对工业物联网安全防护的相关技术进行了初步探讨。
关键词：工业物联网;感知層;网络层;平台层;应用层
【中图分类号】TP309
【文献标识码】A
【文章编号】2236-1879（2018）13-0250-01
在物联网和工业互联网深度融合的趋势下，物联网的安全备受关注，物联网安全是首要考虑的问题。物联网的多源异构性、开放性、泛在性使其面临巨大的安全威胁。与传统安全领域威胁不同的是，物联网是与实际物体产生关联的，如果物联网安全受到威胁，损失的可能不仅仅是信息资料，更有可能影响到人身安全或者生产设备运行安全。在此，我们提出一种基于四层架构的工业物联网安全体系架构。
1设计原则
1.1由于物联网终端和网端节点可能处于无人值守的环境中，物联网终端的本地安全相较于现有通信网络终端的安全问题更加巨大，因此需要高度重视物联网终端和网端节点的安全性。
1.2物联网具有节点数量巨大、终端节点组群化、低移动性等特点，而且物联网终端运行环境复杂，需要构建更加符合物联网特性的、稳定可靠的体系架构。
2安全体系架构整体设计
2.1感知层安全.感知层安全的设计中需要考虑物联网设备的计算能力、通信能力、存储能力等限制，不能直接在物理设备上应用复杂的安全技术，可采取的防护技术和措施如下：
2.1.1物理安全：采取防水、防尘、防震、防电磁干扰、防盗窃、防破坏等措施。
2.1.2接入安全：通过易集成的安全应用插件进行终端异常分析和加密通信，实现终端入侵防护，从而防止终端成为跳板，攻击关键网络节点。
2.1.3硬件安全：确保芯片内系统程序、终端参数、安全数据和用户数据不被篡改或非法获取。将身份识别、认证过程“固化”到硬件中，以硬件来生成、存储和管理密钥，并把加密算法、密钥及其他敏感数据存放于安全存储器中，增强物联网终端的硬件安全防护。
2.1.4操作系统安全：使用轻量级安全操作系统，实现操作系统对系统资源调用的监控、保护、提醒，确保系统行为总是在受控的状态下，防止出现用户在不知情情况下执行某种程序。
2.1.5应用安全：对要安装在其上的应用软件进行来源识别，对已经安装在其上的应用软件进行敏感行为的控制，确保预置在终端中的应用软件无未经授权的修改、删除、窃取用户数据等行为。
2.2网络层安全。传统网络层安全机制大部分依然适用于工业物联网，此外还要基于物联网网络层特征，采取特殊防护机制。主要防护技术和措施如下：
2.2.1通用网络防护：包括网络结构安全，合理划分网络安全域，加强安全边界隔离，避免安全问题的扩散。部署网络边界部署防火墙，制定访问规则，访问控制策略，实现系统内外网边界的访问控制。
2.2.2网络入侵防护：部署入侵监测设备，对网络攻击进行监控和报警，具备端口扫描、暴力破解、缓冲区溢出攻击、IP碎片攻击、网络蠕虫、病毒、木马、IP重用防护、DDoS等攻击的监控检测能力。
2.2.3网络安全审计：部署统一日志管理系统或安全管理平台，对网络设备运行状况、网络流量、用户行为等进行日志审计。
2.2.4接人防护：防火墙/网关要求能处理百万并发连接，支持海量接入的加密能力;实现白名单过滤技术，包括自定义协议能力;提供对终端资源消耗攻击和基于多行业应用流量攻击特征的自动防护;网络安全产品还需要提供基于物联网特征的病毒和高级威胁的防护功能。
2.2.5加密传输：工业物联网需要充分利用无线移动通信的物理层传输特性，通过认证、加密和安全传输等技术的应用，在保证用户通信传输质量的同时，防止未知位置的窃听和增加中间人攻击的难度。终端和网络基于无线标准进行双向认证，确保经过验证的合法的终端接入网络，在终端和网络之间建立安全通道，对终端数据提供加密和完整性保护，防止信息泄露、通信内容被篡改和窃听。
2.3平台层安全。平台层安全主要保障信息和数据在计算和存储的安全，云平台必须采取适当的安全策略来保证工业物联网中数据的完整性、保密性和不可抵赖性，此外还要保障接入安全及API安全。
2.3.1平台基础环境安全。保证平台数据计算与运行环境的安全，特别是基于虚拟化技术的云计算安全，重点应考虑虚拟化管理程序安全和虚拟服务器安全，虚拟机管理程序（VMM）安全。对于VMM的安全防护手段主要是VMM的安全部署和安全配置，在VMM部署时采用强口令字进行权限甄别，做好物理访问控制和网络访问控制，防止非授权人员访问VMM，启用VMM中的安全选项等。
2.3.2数据安全数据安全隔离可以根据应用的需求，采用物理隔离、虚拟化等方案实现不同用户之间数据和配置信息的安全隔离，以保护每个用户数据的安全与隐私，
2.3.3接入安全。对所有接入设备提供设备与平台采用双向验证，进行证书授权认证及权限管理，确保接入的终端设备与传输的信息安全可靠。消息传输使用加密传输，确保链路上传输消息的安全可靠性和数据完整性，保障用户信息安全。接入设备使用Wi-Fi连接的情况下，采用安全协议，如WAP2，禁用不安全协议，如WPA和TKIP。
2.3.4API安全。加强API调用的访问控制，防止未授权访问，调用前进行用户鉴别和鉴权，验证用户凭据，对请求做身份认证，并且防止篡改，重放攻击，对敏感的数据做加密，防范数据被篡改。做好API过载保护，实现不同服务等级用户间业务的公平性和系统整体处理能力的最优化，并对API的调用进行日志记录。
3结束语
工业物联网作为一种新兴的技术与概念，在制造业有着极其广阔的应用和不可比拟的优势。本文针对工业物联网安全问题，以提升物联网安全总体防护水平为实施目标，给出一种工业物联网安全体系架构，为它的可持续发展提供全面的安全解决方案，在工业物联网今后的发展和应用过程中，需要不断借鉴、吸收国内外先进的技术理念，使其安全防护措施能够得到不断完善。
参考文献
[1]臧劲松，物联网安全性能分析[J].计算机安全，2010（6）：51-52.
[2]李士宁，工业物联网技术及应用概述[J].电信网技术，2014（3）：26-31.
[3]宋慧欣.破解“工业控制系统信息安全”迷局[J].自动化博览，2012（7）：30-35.
关键词：工业物联网;感知層;网络层;平台层;应用层
【中图分类号】TP309
【文献标识码】A
【文章编号】2236-1879（2018）13-0250-01
在物联网和工业互联网深度融合的趋势下，物联网的安全备受关注，物联网安全是首要考虑的问题。物联网的多源异构性、开放性、泛在性使其面临巨大的安全威胁。与传统安全领域威胁不同的是，物联网是与实际物体产生关联的，如果物联网安全受到威胁，损失的可能不仅仅是信息资料，更有可能影响到人身安全或者生产设备运行安全。在此，我们提出一种基于四层架构的工业物联网安全体系架构。
1设计原则
1.1由于物联网终端和网端节点可能处于无人值守的环境中，物联网终端的本地安全相较于现有通信网络终端的安全问题更加巨大，因此需要高度重视物联网终端和网端节点的安全性。
1.2物联网具有节点数量巨大、终端节点组群化、低移动性等特点，而且物联网终端运行环境复杂，需要构建更加符合物联网特性的、稳定可靠的体系架构。
2安全体系架构整体设计
2.1感知层安全.感知层安全的设计中需要考虑物联网设备的计算能力、通信能力、存储能力等限制，不能直接在物理设备上应用复杂的安全技术，可采取的防护技术和措施如下：
2.1.1物理安全：采取防水、防尘、防震、防电磁干扰、防盗窃、防破坏等措施。
2.1.2接入安全：通过易集成的安全应用插件进行终端异常分析和加密通信，实现终端入侵防护，从而防止终端成为跳板，攻击关键网络节点。
2.1.3硬件安全：确保芯片内系统程序、终端参数、安全数据和用户数据不被篡改或非法获取。将身份识别、认证过程“固化”到硬件中，以硬件来生成、存储和管理密钥，并把加密算法、密钥及其他敏感数据存放于安全存储器中，增强物联网终端的硬件安全防护。
2.1.4操作系统安全：使用轻量级安全操作系统，实现操作系统对系统资源调用的监控、保护、提醒，确保系统行为总是在受控的状态下，防止出现用户在不知情情况下执行某种程序。
2.1.5应用安全：对要安装在其上的应用软件进行来源识别，对已经安装在其上的应用软件进行敏感行为的控制，确保预置在终端中的应用软件无未经授权的修改、删除、窃取用户数据等行为。
2.2网络层安全。传统网络层安全机制大部分依然适用于工业物联网，此外还要基于物联网网络层特征，采取特殊防护机制。主要防护技术和措施如下：
2.2.1通用网络防护：包括网络结构安全，合理划分网络安全域，加强安全边界隔离，避免安全问题的扩散。部署网络边界部署防火墙，制定访问规则，访问控制策略，实现系统内外网边界的访问控制。
2.2.2网络入侵防护：部署入侵监测设备，对网络攻击进行监控和报警，具备端口扫描、暴力破解、缓冲区溢出攻击、IP碎片攻击、网络蠕虫、病毒、木马、IP重用防护、DDoS等攻击的监控检测能力。
2.2.3网络安全审计：部署统一日志管理系统或安全管理平台，对网络设备运行状况、网络流量、用户行为等进行日志审计。
2.2.4接人防护：防火墙/网关要求能处理百万并发连接，支持海量接入的加密能力;实现白名单过滤技术，包括自定义协议能力;提供对终端资源消耗攻击和基于多行业应用流量攻击特征的自动防护;网络安全产品还需要提供基于物联网特征的病毒和高级威胁的防护功能。
2.2.5加密传输：工业物联网需要充分利用无线移动通信的物理层传输特性，通过认证、加密和安全传输等技术的应用，在保证用户通信传输质量的同时，防止未知位置的窃听和增加中间人攻击的难度。终端和网络基于无线标准进行双向认证，确保经过验证的合法的终端接入网络，在终端和网络之间建立安全通道，对终端数据提供加密和完整性保护，防止信息泄露、通信内容被篡改和窃听。
2.3平台层安全。平台层安全主要保障信息和数据在计算和存储的安全，云平台必须采取适当的安全策略来保证工业物联网中数据的完整性、保密性和不可抵赖性，此外还要保障接入安全及API安全。
2.3.1平台基础环境安全。保证平台数据计算与运行环境的安全，特别是基于虚拟化技术的云计算安全，重点应考虑虚拟化管理程序安全和虚拟服务器安全，虚拟机管理程序（VMM）安全。对于VMM的安全防护手段主要是VMM的安全部署和安全配置，在VMM部署时采用强口令字进行权限甄别，做好物理访问控制和网络访问控制，防止非授权人员访问VMM，启用VMM中的安全选项等。
2.3.2数据安全数据安全隔离可以根据应用的需求，采用物理隔离、虚拟化等方案实现不同用户之间数据和配置信息的安全隔离，以保护每个用户数据的安全与隐私，
2.3.3接入安全。对所有接入设备提供设备与平台采用双向验证，进行证书授权认证及权限管理，确保接入的终端设备与传输的信息安全可靠。消息传输使用加密传输，确保链路上传输消息的安全可靠性和数据完整性，保障用户信息安全。接入设备使用Wi-Fi连接的情况下，采用安全协议，如WAP2，禁用不安全协议，如WPA和TKIP。
2.3.4API安全。加强API调用的访问控制，防止未授权访问，调用前进行用户鉴别和鉴权，验证用户凭据，对请求做身份认证，并且防止篡改，重放攻击，对敏感的数据做加密，防范数据被篡改。做好API过载保护，实现不同服务等级用户间业务的公平性和系统整体处理能力的最优化，并对API的调用进行日志记录。
3结束语
工业物联网作为一种新兴的技术与概念，在制造业有着极其广阔的应用和不可比拟的优势。本文针对工业物联网安全问题，以提升物联网安全总体防护水平为实施目标，给出一种工业物联网安全体系架构，为它的可持续发展提供全面的安全解决方案，在工业物联网今后的发展和应用过程中，需要不断借鉴、吸收国内外先进的技术理念，使其安全防护措施能够得到不断完善。
参考文献
[1]臧劲松，物联网安全性能分析[J].计算机安全，2010（6）：51-52.
[2]李士宁，工业物联网技术及应用概述[J].电信网技术，2014（3）：26-31.
[3]宋慧欣.破解“工业控制系统信息安全”迷局[J].自动化博览，2012（7）：30-35.