智能互連的物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點的真正安全

　　物聯(lián)網(wǎng)（IOT）掀起了近幾十年來最大的技術(shù)浪潮之一。預(yù)計到2020年將有500億臺設(shè)備實現(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。鑒于其對個人、機構(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，任何負責任的商業(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可。

　　在評估物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)脆弱性時，開發(fā)人員將目光對準了最基本的元素—邊緣節(jié)點。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)行來自云端或用戶與電腦、手機、車載系統(tǒng)、智能家電或其它平臺交互產(chǎn)生的指令。邊緣節(jié)點通常是小型低成本的智能設(shè)備，但正是由于它們訪問的資源有限，往往被錯誤地認為不易受到攻擊。與邊緣節(jié)點交互的服務(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)點到目前為止還未具備這樣的技術(shù)。

　　當談到保護這樣的系統(tǒng)時，人們常把“加密”與“安全”視為相等，但其實那只是安全難題的一個方面。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。必須首先確定是誰要連接到網(wǎng)絡(luò)，因為如果沒有預(yù)先建立起安全的身份認證，加密和傳輸層安全協(xié)議（如SSL/TLS）做的就是“保護”那些根本不應(yīng)該進入您的網(wǎng)絡(luò)訪問者。

　　圖1.盡管有安全通道，攻擊者仍然可以從邊緣節(jié)點侵入網(wǎng)絡(luò)

　　為了更好地理解節(jié)點安全，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)站之間建立一個安全的（即經(jīng)過加密和認證的）連接（這是一個https 鏈接）。然而，這個安全鏈接只是在您的電腦和銀行之間創(chuàng)建加密通信通道時對您的電腦進行了驗證，而并沒有對您本人進行認證。此時，銀行還不了解您是不是一個騙子。您需要輸入密碼。這個密碼是您的加密密鑰，所以從理論上來講，只有您和銀行知道。一旦它被發(fā)送到銀行就會與已經(jīng)保存的您的密碼進行比較。如果相匹配，那么對銀行而言，這證明您就是您所聲稱的人。從這個例子可以看到，網(wǎng)上銀行的安全性由兩個層次來提供：1）傳輸層建立安全連接，2）應(yīng)用層通過密碼證明（認證）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)點安全也必須由多個層次來提供。

　　物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點也使用傳輸層安全協(xié)議來創(chuàng)建連到云端的安全連接。但要實現(xiàn)真正的安全，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點還必須獲得應(yīng)用層的安全性。這意味著不只是通信通道（即，管道），節(jié)點本身也需要經(jīng)過認證。除了通道認證，應(yīng)用層應(yīng)建立加密和數(shù)據(jù)完整性檢查機制來保護流經(jīng)管道的數(shù)據(jù)。

　　考慮到這一點，由于這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往是一些簡單小型設(shè)備，而其操作絕少或無需與人互動，因此，也帶來了一種新的網(wǎng)絡(luò)連接范式。這通常會引發(fā)各種各樣的疑問。一方面，對基礎(chǔ)設(shè)施安全性的擔憂讓人們懷疑“如何確定一臺物聯(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)的是一臺真實的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，而不是假扮物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的某臺惡意入侵設(shè)備？”。這遭到了一些現(xiàn)實問題的反駁，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？”、“誰在乎是否有人知道我的燈是開著的？”、“誰想知道我的計步器記錄我走了幾步路呢？”。

　　如果您不僅考慮該設(shè)備訪問了自身的哪些數(shù)據(jù)，還開始關(guān)心該設(shè)備已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上訪問了超出其本身范圍的哪些數(shù)據(jù)，就會遇到更加實質(zhì)性的問題。幾宗廣泛報道的數(shù)據(jù)泄漏事故是由非安全網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過假冒身份造成的，而惡意入侵者可以偽裝成一個物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點從而進入公司網(wǎng)絡(luò)。一旦進入網(wǎng)絡(luò)，安全性變得更加脆弱，它們最終能夠訪問受害者的客戶數(shù)據(jù)庫并破壞生產(chǎn)流程。如果惡意入侵者除了訪問云服務(wù)，還可能訪問并控制節(jié)點本身的操作，那么確定節(jié)點的身份（認證）將成為一個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)可以很好地保護未遭受入侵的邊緣節(jié)點與服務(wù)器之間的通信通道，它們卻不是無敵的——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，SSL/TLS將無濟于事。

　　嚴密的安全性包括三個基本要素，其首字母縮寫為“CIA”：

　　●保密性-Confidentiality：儲存或以正進行發(fā)送的數(shù)據(jù)都應(yīng)只供授權(quán)人可見；

　　●完整性-Integrity：發(fā)送的消息不應(yīng)在到達目的地之前被修改；

　　●真實性-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證識別標簽的獨特部分。如何管理這些密鑰的存儲和通信決定了系統(tǒng)的安全性。

　　目前面臨的挑戰(zhàn)是在實現(xiàn)邊緣節(jié)點安全性的同時確?？捎糜嬎隳芰Α?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)點的關(guān)鍵安全策略，說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)。

　　安全身份的級聯(lián)裨益

　　一旦某個節(jié)點或設(shè)備被確認為是“可信的”，便可充分獲得無數(shù)的其它好處。包括安全通信、生態(tài)系統(tǒng)控制和安全存儲。

　　圖2.通過身份驗證的節(jié)點可以獲得的眾多好處。

　　正如您所看到的，一旦可以驗證物聯(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。