《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全》 課件 第1章 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全體系

第1章物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全體系物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用領域很廣，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在家庭中的典型應用就是智能家居（smarthome或homeautomation）。因此，我們不妨從分析智能家居的美妙功能開始。如圖1-1所示，所謂智能家居，就是通過物聯(lián)網(wǎng)技術將家庭中的各種設備（如音視頻設備、照明設備、窗簾控制設備、空調、安防設備、計算機、家庭影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電等）連接到一起，組成一個智能化的家居系統(tǒng)，提供燈光控制、風扇控制、空調控制、廚房設備控制、浴室設備控制、安全防盜報警、主人身體健康狀況監(jiān)測、家居環(huán)境監(jiān)測以及可編程家電控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居除了具有傳統(tǒng)的居住功能，還兼?zhèn)淞酥悄芙ㄖ?、網(wǎng)絡通信、智能家電等自動化功能，提供智能的全方位的家居服務。1.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的起源與發(fā)展

圖1-1智能家居示意圖1.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的起源與發(fā)展

圖1-2美國奧巴馬總統(tǒng)提出了“感知地球”的概念1.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的起源與發(fā)展

圖1-3中國總理溫家寶提出了“感知中國”的概念1.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的起源與發(fā)展

1.2.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義①物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物體與物體連接的互聯(lián)網(wǎng)絡。英語中“物聯(lián)網(wǎng)”一詞為：“InternetofThings”（縮寫為IoT），可以翻譯成物與物的互聯(lián)網(wǎng)。②美國麻省理工學院的自動識別中心（Auto-ID）指出：物聯(lián)網(wǎng)把所有的物品通過射頻識別和條形碼等信息傳感設備，與互聯(lián)網(wǎng)緊密地連接起來，實現(xiàn)智能化的識別和管理。③物聯(lián)網(wǎng)是指將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器與互聯(lián)網(wǎng)結合起來。其目的是把所有物品連接在一起。1.2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義與特征

1.2.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義④物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過接口與無線網(wǎng)絡(也含固定網(wǎng)絡)，使物體與物體之間實現(xiàn)溝通和對話，以及使人與物體之間實現(xiàn)溝通與對話。⑤中國電信對物聯(lián)網(wǎng)的定義是：物聯(lián)網(wǎng)是基于特定的終端，以有線或無線等接入手段，為集團和家庭客戶提供機器到機器、機器到人的解決方案，滿足客戶對生產(chǎn)過程、家居生活監(jiān)控、指揮調度、遠程數(shù)據(jù)采集和測量、遠程診療等方面的信息化需求。1.2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義與特征

1.2.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義以上幾種對物聯(lián)網(wǎng)的定義都具有一定的局限性，目前比較準確的是2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）給出的定義：物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以你實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。1.2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義與特征

1.2.2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的特征1.全面感知即利用RFID、無線傳感器、條形碼、二維碼等識別設備隨時隨地獲取物體的信息；2.可靠傳輸即通過各種接入網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時、可靠、準確地傳輸；3.智能處理即利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量的物體信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制；4.綜合應用根據(jù)各個行業(yè)、各種業(yè)務的具體特點，形成各種單獨的業(yè)務應用，或者整個行業(yè)及系統(tǒng)的建設應用方案。1.2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義與特征

圖1.4物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

1.3.1感知層感知層由傳感器節(jié)點和接入網(wǎng)關等組成，傳感器感知外部世界的溫度、濕度、聲音和圖像等信息，并傳送到上層的接入網(wǎng)關，由接入網(wǎng)關將收集到的信息通過網(wǎng)絡層提交到后臺處理。當后臺對數(shù)據(jù)處理完畢后，發(fā)送執(zhí)行命令到相應的執(zhí)行機構，完成對被控對象或被測對象的控制參數(shù)調整，或者發(fā)出某種信號以實現(xiàn)遠程監(jiān)控。感知層是物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展和應用的基礎，涉及RFID、近距離無線通信技術、傳感器技術、無線傳感器網(wǎng)絡等技術。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

1.3.1感知層感知層由傳感器節(jié)點和接入網(wǎng)關等組成，傳感器感知外部世界的溫度、濕度、聲音和圖像等信息，并傳送到上層的接入網(wǎng)關，由接入網(wǎng)關將收集到的信息通過網(wǎng)絡層提交到后臺處理。當后臺對數(shù)據(jù)處理完畢后，發(fā)送執(zhí)行命令到相應的執(zhí)行機構，完成對被控對象或被測對象的控制參數(shù)調整，或者發(fā)出某種信號以實現(xiàn)遠程監(jiān)控。感知層是物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展和應用的基礎，涉及RFID、近距離無線通信技術、傳感器技術、無線傳感器網(wǎng)絡等技術。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

1.RFIDRFID（RadioFrequencyIdentification）即射頻識別技術，又稱為無線射頻識別，這是一種近距離通信技術，通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而不需要識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。RFID常用的工作頻率可分為低頻（125kHz~134.2kHz）、高頻（13.56MHz）、超高頻和微波等。RFID讀寫器也分為移動式和固定式兩類。RFID技術的應用很廣，例如：圖書館、門禁系統(tǒng)、食品安全等領域。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

2.近距離無線通信近距離無線通信技術（NearFieldCommunication，NFC）是一種短距離的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸，在十厘米（3.9英吋）內，交換數(shù)據(jù)。NFC技術由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，由飛利浦公司和索尼公司共同開發(fā)的NFC是一種非接觸式識別和互聯(lián)技術，可以在移動設備、消費類電子產(chǎn)品、PC和智能控件工具間進行近距離無線通信。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

3.傳感器技術傳感器技術（SensorTechnology）是實現(xiàn)測試與自動控制的重要環(huán)節(jié)。在物聯(lián)網(wǎng)感知層中，傳感器的主要特征是能準確傳遞和檢測出被測對象某一形態(tài)的信息，并將其轉換成另一形態(tài)的信息。具體地說傳感器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受（或響應）與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉換成與之對應的可輸出信號的元器件或裝置。如果沒有傳感器對被測對象的原始信息進行準確可靠的捕獲和轉換，一切準確的測試與控制都將無法實現(xiàn)。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

4.無線傳感器網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸三種功能。它與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetwork，WSN）是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋地理區(qū)域內被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給物聯(lián)網(wǎng)的所有者。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

1.3.2網(wǎng)絡層在物聯(lián)網(wǎng)的體系架構中，網(wǎng)絡層位于中間，它向下與感知層相連接，向上則與應用層相連接，高效、穩(wěn)定、實時、安全地傳輸上層與下層之間的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦。實現(xiàn)信息傳遞和處理。網(wǎng)絡層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡、網(wǎng)絡管理中心和信息處理中心等。網(wǎng)絡層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理，類似于人體結構中的神經(jīng)中樞和大腦。網(wǎng)絡層的主要功能是傳輸和預處理感知層所獲得的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內部網(wǎng)、各類專線網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)等進行傳輸。特別是在三網(wǎng)（有線電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、光纖網(wǎng)）融合后，有線電視網(wǎng)也能承擔物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層的功能，有利于物聯(lián)網(wǎng)的加快推進。網(wǎng)絡層所需要的關鍵技術包括核心網(wǎng)技術、近距離無線網(wǎng)絡技術和移動通信技術等。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

1.3.3應用層應用層位于物聯(lián)網(wǎng)體系結構的最上層。應用層與各種不同的行業(yè)相結合，實現(xiàn)廣泛智能化。應用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合，與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人的社會分工，最終構成人類社會。在各層之間，信息不是單向傳遞的，也有交互、控制等，所傳遞的信息多種多樣，這其中關鍵是物品的信息，包括在特定應用系統(tǒng)范圍內能唯一標識物品的識別碼和物品的靜態(tài)與動態(tài)信息。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

1.3.3應用層云計算平臺作為海量感知數(shù)據(jù)的存儲、分析平臺，將是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，也是應用層眾多應用的基礎。在產(chǎn)業(yè)鏈中，通信網(wǎng)絡運營商和云計算平臺提供商將在物聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)重要的地位。應用層主要是根據(jù)行業(yè)特點，借助物聯(lián)網(wǎng)的技術手段，開發(fā)各類的行業(yè)應用解決方案，將物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢與行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營、信息化管理、組織調度結合起來，形成各類的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，構建智能化的行業(yè)應用。如交通行業(yè)，涉及的就是智能交通技術；電力行業(yè)采用的是智能電網(wǎng)技術，物流行業(yè)采用的是智慧物流技術等。1.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結構

1.4.1RFID技術射頻識別（RadioFrequencyIDentification，RFID）是一種基于近距離無線通信的識別技術，可以通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸。RFID的系統(tǒng)結構如圖1-5所示。無線電的信號是通過把電信號調成某個制定頻率的電磁波，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的電子標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些電子標簽在工作時，能夠從讀寫器發(fā)出的電磁場中得到能量，并不需要電池；也有些電子標簽本身配有電源，并可以主動發(fā)出無線電波。電子標簽包含了物品的相關信息，在幾米之內都可以被讀寫器感知。與條形碼不同的是，RFID標簽不需要處在讀寫器視線范圍內，也可以嵌入到需要被追蹤的物品之內。從系統(tǒng)結構上分析，一套完整的RFID系統(tǒng)，由電子標簽、讀寫器、中間件和應用軟件等部份組成。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-5RFID的系統(tǒng)結構1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.2無線傳感器網(wǎng)絡技術無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetwork，WSN）簡稱為無線傳感網(wǎng)，它是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋地理區(qū)域內被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡的所有者。無線傳感器網(wǎng)絡具有眾多不同類型的傳感器，可以探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的物理現(xiàn)象。潛在的應用領域可以歸納為：軍事、航空、防爆、救災、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領域。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.2無線傳感器網(wǎng)絡技術1.無線傳感器網(wǎng)絡的定義無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網(wǎng)絡的三個要素。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

2.無線傳感器網(wǎng)絡的結構1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-6無線傳感器網(wǎng)絡的結構1.4.3M2M技術1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-7M2M平臺的系統(tǒng)結構1.4.3M2M技術M2M是“機器對機器通信（MachinetoMachine）”或者“人對機器通信（MantoMachine）”的簡稱，主要是指通過“通信網(wǎng)絡”傳遞信息從而實現(xiàn)機器對機器或人對機器的數(shù)據(jù)交換，也就是通過通信網(wǎng)絡實現(xiàn)機器之間、或人與機器之間的互聯(lián)、互通。移動通信網(wǎng)絡由于其網(wǎng)絡的特殊性，終端側不需要人工布線，可以提供移動性支撐，有利于節(jié)約成本，并可以滿足在危險環(huán)境下的通信需求，使得以移動通信網(wǎng)絡作為承載的M2M服務得到了業(yè)界的廣泛關注。通信接入模塊主要實現(xiàn)平臺與M2M終端的通信連接，包括實現(xiàn)各種有線、無線接入網(wǎng)絡的通信功能，如3G/4G/5G、Wi-Fi/WiMAX、ADSL等。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.4基于IPv6協(xié)議的下一代互聯(lián)網(wǎng)

1.IPv6的基本概念基于IPv6協(xié)議的下一代互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡。IPv6是英文InternetProtocolVersion6的縮寫，即互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版。IPv6是IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務組，InternetEngineeringTaskForce）設計的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.4基于IPv6協(xié)議的下一代互聯(lián)網(wǎng)

2.IPv6技術的優(yōu)勢①IPv6具有更大的地址空間②IPv6使用更小的路由表③增強了對多媒體應用的支持④對自動配置（AutoConfiguration）的支持⑤IPv6具有更高的安全性⑥允許擴充⑦更好的頭部格式⑧實現(xiàn)附加的功能1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.4基于IPv6協(xié)議的下一代互聯(lián)網(wǎng)

3.IPv6的關鍵技術①IPv6DNS技術②IPv6路由技術③IPv6安全技術1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.5無線通信網(wǎng)絡

1.Wi-Fi技術無線保真（WirelessFidelity，Wi-Fi）技術是通過在互聯(lián)網(wǎng)連接基礎上，安裝無線訪問點來實現(xiàn)的。這個訪問點將無線信號通過短距離進行傳輸，但是一般僅覆蓋100米。當一臺支持Wi-Fi的設備（例如智能手機、平板電腦等）遇到一個無線接入點時，這個設備可以用無線方式連接到這個無線局域網(wǎng)。大部分的無線接入點都布置在供大眾訪問的地方，例如機場、咖啡店、餐廳、旅館、書店以及校園等。許多家庭和辦公室也擁有Wi-Fi網(wǎng)絡。雖然有些無線接入點是免費的，但是大部分穩(wěn)定的公共Wi-Fi網(wǎng)絡都是由私人互聯(lián)網(wǎng)服務提供商（ISP）提供的，因此當用戶連接到無線接入點時也許商家會收取一定費用。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.5無線通信網(wǎng)絡

2.WiMAX技術1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-8WiMAX系統(tǒng)的結構1.4.5無線通信網(wǎng)絡

2.WiMAX技術WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess），即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX也稱為無線城域網(wǎng)或802.16。WiMAX是一種新興的寬帶無線接入技術，能提供面向整個城市的無線互聯(lián)網(wǎng)高速連接服務，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務豐富多樣等優(yōu)點。WiMAX技術的起點較高，它同時采用了OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進的通信技術。隨著WiMAX技術的發(fā)展，可以逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務的移動化，而5G移動通信技術則可以實現(xiàn)移動業(yè)務的寬帶化，這兩種技術的融合程度會越來越高。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.5無線通信網(wǎng)絡

3.ZigBee技術ZigBee（紫蜂）是一種無線個域網(wǎng)技術，是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的無線通信技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?。與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.5無線通信網(wǎng)絡

4.藍牙技術藍牙（Bluetooth）技術，是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網(wǎng)絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.5無線通信網(wǎng)絡

5.紅外通信技術紅外通信技術利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。簡而言之，紅外通信的實質就是對二進制數(shù)字信號進行調制與解調，以便利用紅外信道進行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調制解調器。發(fā)送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調制的脈寬調制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調制的脈時調制（PPM）兩種方法。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.5無線通信網(wǎng)絡

6.5G技術近年來，第五代移動通信技術（5thGenerationMobileCommunicationTechnology，5G）快速發(fā)展，5G移動通信技術是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術，5G通信設施是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡基礎設施。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.5無線通信網(wǎng)絡

1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-95G的三大類應用場景1.4.6GPS全球定位系統(tǒng)1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-10GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的結構1.4.6GPS全球定位系統(tǒng)1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-10GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的結構1.4.7云計算技術1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-11云計算系統(tǒng)的結構1.4.8中間件技術

中間件（middleware）是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務程序，分布式應用軟件借助這種軟件在不同的技術之間共享資源。中間件位于客戶機/服務器的操作系統(tǒng)之上，管理計算機資源和網(wǎng)絡通信。是連接兩個獨立應用程序或獨立系統(tǒng)的軟件。相連接的系統(tǒng)，即使它們具有不同的接口，但通過中間件相互之間仍能交換信息。執(zhí)行中間件的一個關鍵途徑是信息傳遞。通過中間件，應用程序可以工作于多平臺或操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）環(huán)境。中間件是一類連接軟件組件和應用的計算機軟件，它包括一組服務。以便于運行在一臺或多臺機器上的多個軟件通過網(wǎng)絡進行交互。該技術所提供的互操作性，推動了一致分布式體系架構的演進，該架構通常用于支持并簡化那些復雜的分布式應用程序，它包括web服務器、事務監(jiān)控器和消息隊列軟件。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

1.4.8中間件技術

1.4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

圖1-12基于中間件的物聯(lián)網(wǎng)終端體系結構

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全是指物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以連續(xù)地、可靠地和正常地運行，服務不會中斷，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的軟件、硬件和系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)受到保護，不受人為的惡意攻擊、破壞和更改。感知信息的多樣性、網(wǎng)絡環(huán)境的復雜性和應用需求的多樣性，使物聯(lián)網(wǎng)安全面臨新的嚴峻的考驗。信息和網(wǎng)絡安全的目標是保證被保護信息的機密性、完整性和可利用性。物聯(lián)網(wǎng)以數(shù)據(jù)為中心并且與應用密切相關，這一特征決定了物聯(lián)網(wǎng)總體安全目標要達到機密性，避免攻擊者讀取機密信息；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應具有數(shù)據(jù)鑒別能力，避免節(jié)點被注入虛假信息；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應具有設備鑒別能力，避免非法設備接入物聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應保證數(shù)據(jù)完整性，校驗數(shù)據(jù)是否被修改；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還應具有可用性，保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡服務無論在任何時間都可以提供給合法的用戶。1.5物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全特征

1.5.1傳統(tǒng)網(wǎng)絡面臨的安全威脅1.安全編碼由于任意一個標簽的標識或識別碼都能被遠程主機任意地掃描，標簽可能會自動地、不加區(qū)分地回復讀寫器的指令，并且將其所存儲的信息傳輸給讀寫器，因此編碼的安全性必須引起重視。2.數(shù)據(jù)幀安全由于在互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸環(huán)境中，攻擊者可能會竊聽和截取數(shù)據(jù)幀的內容，獲取相關的信息，并為進一步攻擊做準備，因此，必須重視數(shù)據(jù)幀的安全。3.密鑰管理與交換在互聯(lián)網(wǎng)中實施的機密性和完整性措施，關鍵在于密鑰的建立和管理過程，由于物聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點的計算能力和電源供給能力等都有限，因此傳統(tǒng)的密鑰管理方式不適用于物聯(lián)網(wǎng)。1.5物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全特征

1.5.2物聯(lián)網(wǎng)面臨的安全威脅1.點到點消息認證2.重放攻擊3.拒絕服務攻擊4.篡改或泄漏標簽數(shù)據(jù)5.權限提升攻擊6.業(yè)務安全1.5物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全特征

1.5.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全特征

圖1-13物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全特征1.5物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全特征

1.6

物聯(lián)網(wǎng)安全體系結構

圖1-14物聯(lián)網(wǎng)安全的體系結構

物聯(lián)網(wǎng)感知層的任務是實現(xiàn)智能感知外界信息功能。感知層也可以稱為原始信息收集層，包括信息采集、捕獲和物體識別。該層的典型設備包括射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）裝置、各類傳感器（如紅外、聲音、溫度、濕度、速度等）、圖像捕捉裝置（攝像頭）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描儀、環(huán)境檢測儀和地震監(jiān)測儀等。這些設備所收集的信息一般都具有明確的目的，所以在傳統(tǒng)觀念中這些信息直接被處理并進行應用。例如，公路邊的攝像頭捕捉的視頻信息直接用于交通監(jiān)控。然而，在物聯(lián)網(wǎng)的應用中，多種類型的感知信息可能會同時處理，綜合應用，甚至不同感應信息的結果會反饋給控制方，產(chǎn)生控制和調節(jié)行為。1.7感知層安全分析

1.7.1RFID系統(tǒng)安全分析

RFID射頻識別是一種電子身份識別，其性質相當于條形碼或二維碼，但是它的功能卻比條形碼和二維碼更強大。RFID不僅提供電子身份標識，而且還具有少量的計算處理能力，因此，在安全防護方面，RFID系統(tǒng)有著條形碼和二維碼不可比擬的優(yōu)勢。RFID系統(tǒng)一般包括一個或多個RFID電子標簽，一個或多個讀寫器和一個后臺數(shù)據(jù)庫。讀寫器通過與后臺數(shù)據(jù)庫的交互，判斷標簽所提供的數(shù)據(jù)是否真實，RFID標簽也可以通過一些安全機制識別試圖讀取數(shù)據(jù)的讀寫器是否合法。RFID標簽與讀寫器之間的通信距離很短。尤其是無源標簽，通常與讀寫器之間的通信距離只有幾十厘米。而有源標簽與讀寫器之間的通信距離，通常也僅僅在幾十米之內，而且在很短的時間內就可以完成數(shù)據(jù)通信。1.7感知層安全分析

1.7.2無線傳感器網(wǎng)絡安全分析當感知信息從傳感器采集以后但尚未傳輸?shù)骄W(wǎng)絡層之前，可以把傳感器網(wǎng)絡本身（由各種傳感器構成的網(wǎng)絡）看作感知的部分。感知信息的傳輸要通過一個或多個與外部網(wǎng)絡相連接的傳感節(jié)點，這些節(jié)點稱為網(wǎng)關節(jié)點（gateway）或匯聚節(jié)點（sink）。所有與傳感網(wǎng)內部節(jié)點的通信，都需要經(jīng)過網(wǎng)關節(jié)點與外部網(wǎng)絡聯(lián)系。因此，在物聯(lián)網(wǎng)的感知層，我們僅僅需要分析無線傳感器網(wǎng)絡本身的安全性即可。1.7感知層安全分析

1.7.3感知層安全機制在物聯(lián)網(wǎng)感知層，需要提供消息機密性、數(shù)據(jù)完整性和認證等安全機制，然而物聯(lián)網(wǎng)感知層的感知節(jié)點受資源所限，常常只能執(zhí)行少量的計算和通信任務。特別地，對于一些資源非常受限的感知節(jié)點（包括RFID標簽），如何提供所需要的安全機制面臨著許多的技術挑戰(zhàn)。為此，針對物聯(lián)網(wǎng)感知層的安全，需要輕量級加密算法和輕量級安全認證協(xié)議。1.7感知層安全分析1.8網(wǎng)絡層安全分析1.8.1網(wǎng)絡層面臨的安全挑戰(zhàn)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層主要用于把感知層收集到的信息安全可靠地傳輸?shù)綉脤?，然后根?jù)不同的應用需求進行信息處理，即網(wǎng)絡層主要提供信息傳輸所用的網(wǎng)絡基礎設施，包括互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和一些專用網(wǎng)絡。在信息傳輸過程中，可能需要經(jīng)過一個或多個不同架構的網(wǎng)絡進行信息交換。例如，手機與固定電話機之間的通話就是一個典型的跨網(wǎng)絡架構的信息傳輸實例。在傳統(tǒng)的信息傳輸過程中，跨越不同類型網(wǎng)絡的信息傳輸是很正常的，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，這種傳輸方式變得更為典型，并且很可能在傳輸過程中產(chǎn)生信息安全隱患。1.8.2網(wǎng)絡層安全分析①數(shù)據(jù)機密性數(shù)據(jù)機密性指網(wǎng)絡層需要保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不泄露其內容。②數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)完整性指網(wǎng)絡層需要保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被非法篡改，或者非法篡改的數(shù)據(jù)很容易被檢測出來。③數(shù)據(jù)流機密性數(shù)據(jù)流機密性在網(wǎng)絡層的應用環(huán)境中，需要對數(shù)據(jù)流進行保密。1.8網(wǎng)絡層安全分析

1.8.2網(wǎng)絡層安全分析④分布式拒絕服務攻擊的檢測與預防物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層需要解決如何對脆弱節(jié)點的分布式拒絕服務攻擊進行防護。⑤跨區(qū)域、跨網(wǎng)絡認證機制包括不同的無線網(wǎng)絡所使用的跨區(qū)域認證、跨網(wǎng)絡認證機制。1.8網(wǎng)絡層安全分析

1.8.3網(wǎng)絡層的安全機制物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層的安全機制，可以分為端到端的機密性和節(jié)點到節(jié)點的機密性。端到端的機密性，需要建立以下安全機制：端到端認證機制、端到端密鑰協(xié)商機制、密鑰管理機制和機密性算法選擇機制等。在這些安全機