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物联网感知节点安全威胁自动检测系统设计

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资料介绍

物联网可将任意物品与互联网相连接,是一个开放的环境,但负责物品信息采集的节点能力脆弱,容易受到安全威胁.针对传统物联网节点威胁检测方法存在的漏洞检测不全面、检测效率低等缺点,提出一种基于OVAL Schema的物联网感知节点安全威胁智能检测系统.该系统涵盖检测代理与控制台两大部分,检测代理依赖于网络攻击行为扫描器,可以在不损害物联网系统和物联网感知节点的情况下,全面有效地检测感知节点安全威胁,并将各个感知节点的威胁信息结果上报给控制台,而控制台实现可同时控制物联网内各感知节点的威胁扫描,并将整个物联网感知节点的威胁信息汇总.实验结果表明,所设计的智能检测系统可检测的漏洞数量明显高于当前广泛应用的节点威胁检测系统,尤其在检测效率上有明显提升,可保障物联网技术的安全运行.

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物联网感知节点安全威胁

自动检测系统设计

threat

detection

Design

intelligent

system

for

IoT-Aware node

threat

security

蓝土庆

LAN

Tu-qing

(岭南师范学院网络与信息技术中心，湛江524048)

摘

要；物联网可将任意物品与互联网相连接，是一个开放的环境，但负责物品信息采集的节点能力脆

弓弓，容易受到安全威胁。针对传统物联网节点威胁检测方法存在的漏洞检测不全面、检测效

率低等缺点，提出一种基于OVAL

Schema的物联网感知节点安全威胁智能检测系统。该系统

涵盖检测代理与控制台两大部分，检测代理依赖于网络攻击行为扫描器，可以在不损害物联

网系统和物联网感知节点的情况下，全面有效地检测感知节点安全威胁，并将各个感知节点

的威胁信息结果上报给控制台，而控制台实现可同时控制物联网内各感知节点的威胁扫描，

并将整个物联网感知节点的威胁信息汇总。实验结果表明，所设计的智能检测系统可检测的

漏洞数量明显高于当前广泛应用的节点威胁检测系统，尤其在检测效率上有明显提升，可保

障物联网技术的安全运行。

关键词：物联网；OVAL

中图分类号：TP391．41

Schema；检测代理；网络攻击行为扫描器；控制台

009 01

48—04

文献标识码：A

文章编号：1

34(201 9)05—01

0引言

威胁智能检测。该系统存在漏洞检测时间较长的问题。

文献[9]提出基于DoS物联网安全威胁智能检测系统。运

用SDN控制器的集中控制特性，提取物联网中的与DoS

物联网技术快速发展，被广泛的应用到电子商务、金

融等各个方面，积累了大量的信息资源，方便了人们的日常

生活、工作、学习，在社会各行业中起着重要的作用”埘，但

相关的六元组特征值信息，对特征值信息进行安全威胁

智能检测，该系统可检出的漏洞数量较少。

针对上述问题，提出了一种新的网络节点安全威胁

检测系统，实验结果表明，所提系统能够有效检测网络

漏洞，检测效率较高。

在此过程中也为物联网信息资源的使用带来一些隐患。对物

联网信息保护变得尤为重要，但由于物联网络的漏洞与黑客

一直存在。对物联网网络信息安全造成极大的威胁，需要

对物联网中存在的威胁进行检测口。l，然而传统的安全威

胁智能检测系统存在的检测效率低，漏洞检测不全面等

问题，针对上述问题，如何将系统中的威胁进行有效的

检测是当下阶段物联网安全威胁智能检测领域需要重点

研究的课题15。6]。

1物联网感知节点安全威胁智能检测系统

设计

1．1系统总体结构设计

文献[7】提出了基于白名单的物联网感知节点安全

检测系统。运用环境封闭固定的特点，在物联网服务器

中建立白名单，在物联网感知节点中安装检测模块，对

哈希值特征码进行计算，将计算结果传输到物联网服务

器上，与白名单进行对比，可以检测出威胁因素，该系

统存在漏洞检测效率较低的问题。文献[8]提出一种基于

DoS安全威胁智能检测系统。通过对物联网中的信息进

行分割，获取累积量特征，运用DoS对累积量进行安全

对物联网感知节点安全威胁智能检测系统总框架进

行设计，利用OVAL漏洞检测器对系统进行漏洞检测，

将其检测结果传输到控制台，运用控制台服务器上的

CVE漏洞库”们将检测结果上传到系统管理模块中，由系

统管理员与检测代理联合扫描威胁，运用统一的漏洞

库，将其扫描的威胁信息通过可扩展标记语言进行存

储。仅需更新具有威胁信息的可扩展标记语言文件，系

统就会随之更新。

收穑日期：2018-08-03

基金项目：湛江市科技计划项目：一种基于物联网的智能终端关键技术研究(2017801094)

作者简介：蓝土庆(1982一)，男，广东湛江人，实验师，硕士，研究方向为物联网、教育技术和单片机嵌入式系统。

[148]

第41卷第5期2019—05

万方数据

网络安全漏洞检测系统结构如图1所示。

用QT与MFC的图像用户界面，利用C++编程语言编写

检测代码检测网络漏洞情况。通过显示管理模块、通信

模块以及网络漏洞威胁扫描模块来完成检测代理。

物联网系统设计图像管理模块主要复杂预设威胁

扫描的参数，节点数据管理、节点安全威胁扫描的状态

显示等。漏洞扫描过程中，运用设定的参数调整工作

环境。

网络通信模块与控制台直接连接，控制台通过通信

模块运行威胁扫描，在启动过程中，通信模块处于C／S模

式监听状态，当通过控制台接收到指令时，通过调整指示

函数为漏洞扫描开启一个路线，结合Billd方法将所选取的

接口进行捆绑，使S0cket与本地一个终结点连接，运用指

示函数Listen监听节点监控设备接口的命令请求。指示

函数ListenThread运用Acce口t对侦听出的结果进行连接操

作，构建一个新的处理器，传送新的命令，运用扫描函

数对网络感知节点进行威胁扫描，扫描完成后，根据相

关函数将扫描结果上传到控制台。

图l漏洞检测系统结构

系统关键部分由控制台和检测代理构成，在物联网

中，检测控制台能够同时向多个装有检测代理并处理监

测中的主机传输节点安全威胁关联信号，在各个代理主

机上运行OVAL漏洞进行扫描，运行结束后，将对应的

漏洞扫描结果传送给控制台，把检测出的各个CVE相对

应的漏洞结果，通过主机上标准的CVE漏洞库发送给系

统管理员，控制台不用串行扫描其用户平台来获取扫描

威胁，这种方式节省了很多网络资源，运用相同漏洞库

更新威胁信息中的可扩展标记语言文件，与此同时系统

也随之更新。

在物联网威胁扫描过程中，运用OVAL进行物联网

系统信息采集，设定文件中的漏洞测试的大体方向，在

这些方向上分析系统当前安全状态，具体过程图3所示。

根据OVAL漏洞检测器，运用三个步骤来检测漏

洞：首先采集物联网感知节点信息与设备配置信息；其

次判断该系统是否存在特殊的威胁漏洞与设施问题；最

后输出威胁检测结果。以给定的OVAL!验证框架输出节

点安全威胁智能检测结果，具体过程如图2所示。

i卖定X义O文V件AL

H毒髻：萎森妻数

“

写入xM吐文件l

然淼H黼系统

图3物联网系统信息测试流程

Windows与Linux系统原理不同，对系统采集的信

息需要进行不同的测试，要确定网络感知节点安全漏

洞，将节点测试结果与OVAL验证框架设定的文件做对

比，来确定主机的安全威胁漏洞。在此过程中首先将文

件中的definition：项按顺序输入，每个definition对应着一

个漏洞的描述，其次分析各个definition中的criteria：项，

把以前测试结果文件中相关的全部测试提取出来，判断

检测系

安全漏

测试出的结果真假性，通过operator运算符来判断其真

假，如若为真，则断定存在安全漏洞，通过OVAL．验'证

框架来输出其结果。

控制台主要负责将威胁扫描结果进行整合，为了使

操作者方便阅读与整理，采用TCP／IP协议对系统所采用

的检测代理进行并行连接，使代理与代理之间可通信，

系统也能够同时处理多个检测代理上传的威胁扫描请求

指令与接受多个检测结果文件。检测成功后将结果传递

给检测代理，并在控制台端主机上备份，在控制台上输

入IP地址可以显示对应的主机漏洞信息，运用系统相关

图2 OVAL验证框架检测流程图

设计节点安全威胁智能检测系统时，需要在多个平

台上进行检测代理，针对不同的检测平台设定两种检测

代理，分别是Linux和Windows。这两种检测代理均采

处理模块能够实现控制台的功能，界面管理模块主要运

第41卷第5期2019-05 1149]

万方数据

用Windows操作系统设定感知节点安全威胁检测界面参

数与系统控制指令，通过MFC的设定进行控制台结构程

度的设计，使用户操作更加简单、便捷。控制台结构提

供了特定的IP的主机扫描，以便于更好的显示操作状态

与错误信息等功能。

通信模块：对物联网内单个主机或全部主机同时发

出扫描的指示，通过Socket安全套接字进行连接，运用

TCPHP协议完成数据信息的传输。

图4物联网感知节点安全威胁系统模型

数据处理模块：由检测代理对控制台传输CVE信

号，把CVE漏洞库当作控制台的信息库，显示详细的漏

洞信息，通过XML对信息进行存储，运用msxml．dll调

用微软类库对XML文件进行分解，生成树型结构，提

供大量的查询函数。

式(1)中：

1)V=V。uV。代表威胁树中感知节点集合；V。代表

威胁树中的叶子节点；V。代表树中的非叶子节点。

2)E=E。uE。代表树中由向边集合，E。代表或边；

E。代表与边。T={s，m，n)代表物联网感知节点安全威胁

类型，s代表软件类型；m代表硬件类型；n代表感知节

点安全综合威胁。

1．2物联网感知节点安全威胁智能检测

分析物联网感知节点可能存在的威胁漏洞，建立以

3)C：v一2”代表节点1) V的全部感知信息组成的

集合。

威胁树为形式的物联网感知节点安全威胁模型，揭示了

物联网感知节点的安全隐患，通过其模型，运用迭代的

方法从上到下对每个节点威胁值进行计算，获得该模型

4)l：V一2”一R代表边e(i，i) E的权值，当e

的威胁评值，根据其威胁值对物联网感知节点安全威胁

进行智能检测。

E。时，j代表单节点集；当e E。时，j代表多节点集。

5)f：V—T表示网络节点1) V的威胁类型，当该

节点属于威胁树的内部节点时，该节点类型属于综合节

点，具体公式如下：

物联网感知节点安全威胁建模方法具体分六个步

骤：识别信息、建立树形结构图、分解应用程序、识别

感知节点安全威胁、将威胁信息化、评估威胁、给出评

估威胁等级、通过其评估结果获取优先级，运用解决方

法对系统应用设计流程进行修改，解决威胁，增强安

咒

，

，，I＼

、I，

(2)

p 圪

圪p

，●●●●f●●【

全性。

当该节点为综合节点时，该值为全部节点值中的最

大值，具体公式为：

物联网感知节点安全威胁建模过程中，需要确定隐

私信息，构建体系结构树图。根据其结构图设定物联网

口

∥

／(u)=s

．厂(u)=m

感知节点安全威胁模型的目的和实现方式。设计一种树

形构图，可分解应用程序，运用数据流图将物联网感知

矗(厂(u))=

(3)

节点安全威胁建模分解为子系统，子系统分解成更小的

子系统，运用威胁树来进行威胁检测，根据检测的结果

进行威胁风险评估与解决方法设计。

max(^(厂(J|})))，尼 c(u)，(。)=九

6)g：V—R用于评估节点1)EV受到的威胁，具体

公式如下：

物联网感知节点安全威胁建模的威胁由硬件与软件

威胁构成，硬件威胁包含两项，分别是主动物理攻击和

被动攻击；软件威胁也包含两项，分别是OS攻击和通

信网络攻击，其中OS攻击含有系统接口攻击和网络病

毒威胁。软件威胁中应当着重考虑用户隐私泄露情况，

将用户隐私视为网络感知节点安全防护的重点。构建物

联网感知节点安全威胁模型来对用户隐私进行防护，具

体过程如图4所示。

u是感知节点

^(厂(u))

(4)

g(o)=

即，，)

(p-，)E￡-

u不是感知节点

Ht(o，，)

(u· ，)e‘·

根据其所受到的威胁值来对物联网感知节点安全威

胁进行智能检测，具体过程如式(5)所示：

对物联网感知节点安全威胁模型进行量化评估，将

其模型表示为威胁树：

(5)

口(U，沪；忆E)

(1)

T={y，E，T，C，，，，h，g}

上式中：a代表威胁值大小。

11501

第41卷第5期2019—05

万方数据

表1三种不同检测系统漏洞检测结果对比

2实验结果与分析

丑}t

为验证所提基于OVAL Schema的物联网感知节点

安全威胁智能检测系统的综合有效性，需进行一次实

验仿真，仿真实验环境为：CPU为Intel(R)Celeron

(R)，2．6GHz，内存为2．0GB，操作系统为Windows

XP，实验开发平台Visual Studi02010，所有仿真实验均

SQL

XSS

在Visual

Studi02010上进行。

为了证明所设计的安全威胁智能检测系统的优越

性，将所设计的系统与文献[8】提出的检测系统与文献

【9】提出的检测系统进行相同目标主机台数下的漏洞检测

时间(s)对比，对比结果如图5所示。

系统只能检测出SQL漏洞及JB漏洞，当主机台数为60台

时，文献【9】检测系统己经检测不出xSS漏洞，主要原因

是该系统提取六元组特征值信息，对其进行漏洞检测，

由于特征值复杂多样，所有检测过程中难升级，较为繁

琐，在主机台数少的情况下，可以检测漏洞信息，当主

娜姗

舢咖

机台数增多，文献【9】检测系统带不动较多数据，检测不

出漏洞。

3结论

棚湖

帅咖

针对传统安全威胁智能检测系统存在的一系列问

题，提出一种基于OVAL Schema的物联网感知节点安

全威胁智能检测系统，实验结果表明，所设计的检测系

统与传统的检测系统相比，检测漏洞数量多、检测时间

短，为解决当前物联网网络节点安全威胁提供了一种有

效的解决方案，具有实际应用价值。

^s)、厘曾醺辑骣爨

蛳

。

2呻

枷

目标主机台数(台)

图5检测效率对比

参考文献：

[1】张波，周诚，李伟伟，等．网络攻击节点路径高效检测模型仿真研

究[J]．计算机仿真，2017，34(8)：323．326．

在该实验中，应用线程池大小为20，即线程队列的

长度为20，分别对应文献【8】检测系统、文献【9】检测系

统与所提检测系统在30、70、200、400台主机中进行漏

[2]张雨龙，叶进．SDN网络中基于流特征值的DDoS攻击检测方法

【J】．广西大学学报：自然科学版，2017，42(6)：2208．2213．

[3】吕雪峰，蒋烈辉，孟奂．基于MODBUS的SCADA系统网络威胁与

入侵检测[J】．计算机工程与应用，2017，53(24)：122．128．

【4]吴志军，张景安，岳猛，等．基于联合特征的LDoS攻击检测方法【J]．

通信学报，2017，38(5)：19—30．

洞检测；从图5中可以看出，所提检测系统的检测效率

明显高于文献[8】检测系统与文献[9】检测系统。当主机

台数较少时，可以一次性对全部主机进行检测，但检测

效率没有提高，当主机台数数量增多时，所提检测系统

的检测效率明显提高。文献[8】检测系统在主机台数大于

200台时，已经无法对漏洞进行检测。

[5J戴震，程光．基于通信特征的APT攻击检测方法【J】．计算机工程与

应用．2017，53(18)：77．83．

实验过程中，选取文献[8】检测系统、文献【9】检测

系统与所提检测系统在三种漏洞类型下进行漏洞检测效

果对比，实验结果如表1所示，表1中ZJ为主机台数，单

【6】韩心慧，魏爽，叶佳奕。等．二进制程序中的use．after—flee漏洞检测

技术[J】-清华大学学报：自然科学版，2017(10)：1022．1029．

[7】苏盛，李志强，谷科，等．基于云安全的高级计量体系恶意软件检

测方法【J]．电力系统自动化，2017，4l(5)：134—138．

位为台，用t来表示；LD代表漏洞类型；SQL为SQL注

入漏洞；JB为脚本执漏洞；XSS为XSS跨站脚本攻击；

[8】王秀娟，相从斌．基于累积量的Dos攻击检测算法[J】．北京工业大

学学报，2017，43(9)：1328．1334．

W8为文献[8】检测系统；W9为文献【9】检测系统；ST为

所提检测系统。

[9】王晓琪，李强，闫广华，等．高级持续性威胁中隐蔽可疑DNS行为

的检测【J】．计算机研究与发展，2017，54(10)：2334．2343．

[10】李瑞华，乔玉峰，刘峰．基于物联网的矿井安全检测系统设计[J]．

电子设计工程．2016(2)：135—136．

由表1可以看出，随着主机台数不断增加，所提检

测系统检测出的漏洞为三种检测系统中效果最好的，三

种类型的网络漏洞均能全部检测出来，而文献【9】检测

第41卷第5期2019—05 11511

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