淺談物聯網的工程設計與實施

劉陽鑫 王藝霖 楊帆

摘要：物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息產業的革命性發展，是把新一代IT技術充分運用到各行各業中。具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來，人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”的狀態。但是，目前物聯網的標準尚未成形，如何設計和實施物聯網工程成為了制約物聯網企業和高等院校發展的瓶頸。

關鍵詞：物聯網，萬物互聯，功能緩存

現階段物聯網面臨的問題有很多：

1.物聯網的政策和法規

物聯網不是一個小產品，也不是只是一個小企業可以做出來，做起來，它不僅需要技術，它更是牽涉到各個行業，各個產業，需要多種力量的整合。這就需要國家的產業政策和立法上要走在前面，要制定出適合這個行業發展的政策和法規，保證行業的正常發展。

2.技術標準的統一與協調

物聯網發展過程中，傳感、傳輸、應用各個層面會有大量的技術出現，可能會采用不同的技術方案。如果各行其是，那結果是災難的，大量的小而破的專用網，相互無法連通，不能進行聯網，不能形成規模經濟，不能形成整合的商業模式，也不能降低研發成本。因此，盡快統一技術標準，形成一個管理機制，這是物聯網馬上就要面對問題。

3.管理平臺的形成

物聯網的價值在什么地方？在于網，而不在于物。傳感是容易的，但是感知的信息，如果沒有一個龐大的網絡體系，不能進行管理和整合，那這個網絡就沒有意義。因此，建立一個全國性的，龐大的，綜合的業務管理平臺，把各種傳感信息進行收集，進行分門別類的管理，進行有指向性的傳輸，這就是一個大問題。一個小企業甚至都可以開發出傳感技術，開發出傳感應用。但是一個小企業沒有辦法建立起一個全國性高效率的網絡。

4.安全體系的建立與形成

物聯網目前的傳感技術主要是RFID，植入這個芯片的產品，是有可能被任何人進行感知的，它對于產品的主人而言，有這樣的一個體系，可以方便的進行管理。但它也存在著一個巨大的問題，其他人也能進行感知，比如產品的競爭對手，那么如何做到在感知、傳輸、應用過程中，讓這些信息僅為我所用，卻不被別人所用。這就需要在安全上下功夫，形成一套強大的安全體系。安全問題解決不好，有一天可能有價值的物聯網會成為給競爭對手提供信息方便的平臺，那么它的價值就會大大的打折扣，也不會有企業愿意和敢于去使用。

5.應用的開發

物聯網的價值不是一個可傳感的網絡，而是必須各個行業參與進來進行應用，不同行業，會有不同的應用，也會有各自不同的要求。這些應用開發不能依靠運營商，也不能僅僅依靠所謂物聯網企業，因為運營商和技術企業都無法理解行業的要求和這個行業具體的特點。一個物聯網的體系基本形成，需要一些應用形成示范，更多的傳統行業感受到物聯網的價值，這樣才能有更多企業看清楚物聯網的意義，物聯網有可能帶來的商業價值，也會把自己的應用與業務與物聯網結合起來。

下面從物聯網工程安全方面的角度進行分析與總結：

高德納咨詢公司最近的報告預測，到 2020 年，全世界將有 200.4 億的物聯網設備相互連接，且平均每天約還有 550 萬設備連接到整個網絡中來。此外，到 2020 年時，新增的商業設備和系統中將會有超過一半會包含 IoT 組件。IoT設備受到網絡攻擊的風險伴隨著設備數量的增長而不斷增加，因此在設計產品時就必須考慮到系統的安全。

日益增長的安全威脅

最近幾年，許多廣為人知的網絡攻擊已經表明了缺乏 IoT 安全所能導致的威脅，其中最著名的攻擊可能是 “Stuxnet 蠕蟲病毒” 攻擊。Stuxnet 蠕蟲病毒有針對性地攻擊伊朗的鈾濃縮設施的工業可編程邏輯控制器（PLC）。專家認為，Stuxnet 蠕蟲病毒至少攻擊了超過 1000 臺的離心機，這些離心機通過廣域網（WAN）連接到了運行 Windows 操作系統的工業可編程邏輯控制器上。

即使你實施了一定的 IoT 安全措施，你所連接的小工具也可能成為犯罪分子攻擊的媒介。攻擊者能夠利用的聯網設備非常之多，甚至包括 DVR、相機等。

確保物聯網安全

確保物聯網設備安全是一件非常棘手的事。由于物聯網設備的形狀、尺寸和功能通常會大相徑庭，因此傳統的端點安全模型顯得有些不切實際。

由于有如此多的資源受限的設備，網絡管理員幾乎不可能知道所有設備的運行情況。此外，還有一些情況甚至更復雜 —— 許多 IoT 設備具有非常長的生命周期卻幾乎沒有任何安全機制，例如商業或工業中的溫度傳感器。由于許多設備使用的是非標準的或者歷史遺留的通信協議（例如 M2M），它們很難被大多數安全設備識別。

物聯網安全六大關鍵技術

由于物聯網安全的挑戰不斷加大，因此需要技術和生產同時來解決這些問題。下面列舉了六個提升 IoT 安全性的關鍵技術。

1.網絡安全：IoT 網絡現在以無線網絡為主。在 2015 年，無線網絡的流量已經超過了全球有線網絡的流量。由于新生的 RF 和無線通信協議和標準的出現，這使得 IoT 設備面臨著比傳統有限網絡更具挑戰性的安全問題。

2.身份授權：IoT 設備必須由所有合法用戶進行身份驗證。實現這種認證的方法包括靜態口令、雙因素身份認證、生物認證和數字證書。物聯網的獨特之處在于設備（例如嵌入式傳感器）需要驗證其他設備。

3.加密：加密主要用于防止對數據和設備的未經授權訪問。這一點估計有點困難，因為 IoT 設備以及硬件配置是各種各樣的。一個完整的安全管理過程必須包括加密。

4.安全側信道攻擊：即使有足夠的加密和認證，IoT 設備也還可能面臨另一個威脅，即側信道攻擊。這種攻擊的重點不在于信息的傳輸工程，而在于信息的呈現方式。側信道攻擊（SCA）會搜集設備的一些可操作性特性，以進一步獲取其它的價值。

5.安全分析和威脅預測：除了監視和控制與安全有關的數據，還必須預測未來的威脅。必須對傳統的方法進行改進，尋找在既定策略之外的其它方案。預測需要新的算法和人工智能的應用來訪問非傳統攻擊策略。

6.接口保護：大多數硬件和軟件設計人員通過應用程序編程接口（API）來訪問設備，這些接口需要對需要交換數據（希望加密）的設備進行驗證和授權的能力。只有經過授權，開發者和應用程序才能在這些設備之間進行通信。

總結

由于 IoT 設備的快速增長以及這些設備之間無線連接所帶來的挑戰，產品設計者必須重視網絡安全問題。這里介紹的七個關鍵的 IoT 安全技術是傳統方法與最新方法的結合，是與工具的結合，最終以確保 IoT 的真正安全。