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一种基于等级划分的物联网安全模型

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资料介绍

在对物联网安全进行研究的过程中,对于不同安全敏感度应用,通常是人为判断其所属的安全等级域.针对该问题,以等级划分为基础,提出一个物联网安全模型,利用该模型分析某一物联网应用的拓扑结构,预测其攻击来源与类型并判定其所属的安全等级域,从而对该应用进行合适的安全技术配置.将该模型用于某大学的智慧校园系统中,实践结果证明,其有利于学校更好地发展智慧校园应用,建立更加安全、稳定的智慧校园系统.

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2011年5月

]；g

算机工程

37卷第10期

201

May

V01．37

No．10

Computer

Engineering

文献

l A

文章号l 1000— 3428(2011)lo__o001— 07

中国分号；TP393

· 特邀文·

一种基于等划分的物网安全模型

知信”，貉冰清1，圣美2，朱洪波1

(1．南京

大学物网研究院，南京210012；2．中

3．南京大学算机件新技国家重点

通

股份有限公司，南京210003；

室，南京210093)

、

擅耍：在

，提出一个物网安全模型，利用模型分析某一物

行合适的安全技配置。将模型用于某大学的智慧校园系中，

建立更加安全、定的智慧校园系

关健：物网；等划分；安全模型；物网拓扑；攻模型

物

网安全行研究的程中。xC--P不同安全敏感度用，通常是人判断其所属的安全等域。

，以等划分

基

网

用的拓扑构，

其攻来源与型并判定其所属的安全等域，从

践果明，其有利于学校更好地展智慧校园用，

而

用

。

_SecurityModel of Internet of

Based on

Things

Hierarchy

SUN Zhi．xinl'3，LUO

Bing-qingl，LUO Sheng．mei2，ZHU Hong-bol

(1．InstituteofIntemetofThings，NanjingUniversityofPosts andTelecommunications，Nanjin9210012，China；2．ZTECorporation，

for Novel Software

210003．China；3．State

Nanjing

Key Laboratory

Technology,Nanjing University,Nanjing 210093，China)

have different

sensitivities．which a咒determined

in the

process

judgment

[Abstract]Different applications

security

by subjective

security

analyze

research on Internet of

Model of lOT Based on

call be used to

level of that

security domain，SO

Things(10T)．This

Security

Hierarchy(BHSM— IOT)。which

paper presenB

the

the attack source and attack

and determine the

structure。predict

type

topology

application

appropriate safety

technical

Can be made．The model is

wisdom

result

that it is

for the

helpful

configuration

applied

campus system

university,and

proves

tO construct

more safe and

for the students and teachers with the model．

managers

stability system

Intemet

ofIOT；attack model

[Key wordsl

ofThings(IOT)；hierarchy；security model；tupotogy

DOI：10．39690．issn．1000— 3428．2011．14．001

基金目：国家自然科学基金

目(BK2009425)；江省青工程基金

作者倚介：知信0964--)，男，教授、博士生

助

目(60973140，61003237)；国家“863” 划基金

目；江省六大人才高峰及中股分有限公司基金

，1998年南京航空航天大学博士学位，2001年一2002年在城国立大学行博士后

大学物网研究院副院、物网学院副院，主研方向：算机网与安全，多媒体通信，移算等；

大学士研究生，主研方向：算机网与安全；圣美，博士、中工程，主研方向：云算，移网；

大学副校、物网研究院院，主研方向：移通信与，无通信与磁兼

助目(2009AA012212)；江省自然科学金助

助

通

助目

研究，任南京

冰清，南京

互

网

通

互

朱洪波，教授、博士生

容等

，

任南京

无

技

E— mall：．edu．cn

Model of 10T Based-on

网安全模型(Security

BHSM— IOT)，利用合三估法的模糊价模型

行等划分，以此不同安全敏感度的

Hierarchy,

1概述

根据国

物

网

Things，

信

盟的定 ⋯ ，物网(Internet

用

基

用

行

IOT)主要解决物品到物品(Things

Things，T2T)、人到物品

to Human，H2H)之

区分配置。

(Human Things，H2T)、人到人(Human

的互。面广泛意上的理解，物网即“物与物相的互

网”，它包含2 ：(1)物网是在互网的基上延

伸和展的网，其核心仍然是互网；(2)物网的用

延伸和展到任何物品之行信息交和数据通信。物

网的推广使用能的生活来便利，大大提高工作效

率，改的生活方式，但同也必注意到物网的使

用伴随着巨大的安全患。解决信息化与网来的

是物网得以大模使用的前提。目前适用于互网的

安全策略和算法在物代并不能解决安全所面

，如何建立安全、可靠的物网是一个迫切的

到物安全的敏感度具性，本文从

划分个特点出，以互网网安全攻构建

网攻模型，以物前提构建物网拓扑

2相关研究

意

目前，物网安全

已

得到了学界的广泛重

。

端

文献【2— 4】都从物网的概念入手，分析物网安全的重要性、

物

网各

可能面的安全

以及能采取的

安

全措施。但文献出的均是概括性

，并没有涉及到物

人

网安全的核心技，而且未相关技能否适用于物

网

人

出分析

。文献【5— 7】研究了基于无

射

(Radio

化

Identification

Devices，RFID)的物网安全，

合

Frequency

网

的

RFID自身特点研究物网的安全需求，提出射

与

挑

。

器之

的

模型与加密策略。此研究大多

的安全策略，相网整体来

感网安全部分。而目前

感网和后端互网安全的研究已相成熟。

文献【8】研究了适用于无感网的IEEE802．15．4

射

考

网

用

多

和

器

物

，

部分研究

等

物

基

只涉及到物网前端的无

网前端无

物

网

用

模型，并在以上2个模型的基上构建基于等划分的物

万方数据

算机工程

2011年5月20日

中消息封装和

通信的影响。文献【9】在802．15．4的

系

的安全运行和

中起主作用的是用系管理

基

上提出了一种混合适安全框架，解决了点能量消耗

Administrator，ASA)和用 (User)。

Data

据元(Maintenance

数

(Application System

和安全防范之的冲突。然而

研究并没有解决802．15．4

是通

Unit，MDU)、系硬件

(System

本身存在的一些

，如多802．15．4

池

Hardware，SH)、用涉及范 (Application Range，AR)、

型(Application Type，AT)和敏感数据元(Sensitive

用

Data

或太阳能供，在出低能量操作或能量失效，如果出

清空的ACL表，将会出 Nonce 重用而破坏机密性；

中使用数器加密模式的AES— CTR安全件，并不使用

Unit，SDU)等是被 (passive)l构l元素。了区分些元素，将

元素定：(1)主体(Subject)，即主元素，如用用系

管理；(2) 象(Object)，即被元素，有数据元、

型和敏感数据元。

、

MIC，从而生很多弱点；由于确

支持，攻方可从原始取合适序列号

种脆弱性致当攻方存在

缺少加密和

中

建

造的确

系

硬件

、

用涉及范

、

用

，

确

的不可靠性。

因此，可以得到：

Subject=User

文献【10 J提出了如何保在6LowPAN网中点到点的

数据的可靠性和真性的。然而，安全方案没有

用行的不同『『ii 来的安全敏感度的不同，

出不同的安全技合也是平衡

能量消耗和安全性能的一种重要方法。

文献[1 1】提出的ZigBee 广泛用于短距离的无

，其安全机制不

度的点。文深入剖析了ZigBee

、无数据和数据的加密与解密，并提出将

与IPv6相合的思想。然而，ZigBee

信任管理，必中心，而中心的置增

加了网点的担，同主密的生成存在安全漏洞，容

易引

ASA

SH AR

SDU

网

考

Object=MDU

Element=Subject

Object

网

定

用系管理

分配源的主体。其自身的

安全等。本文中其安全等由高到低依次：4，3，2，1。

指

用系安全、

用系

不同的安全

点

感

用

水平决定了其本身的

定

数据元指ASA在

于系的日常

隔、故障

工

网

复

系

保

了机密性，同具有低能耗、低

中的安全

作中涉及到的数据象，包括安全

延

量

和数据

份

隔等。

网

定

用系硬件

指

物

网

用的构建与

施

ZigBee

了

程中所需要的硬件

安全等等。

，此象包括硬件

数量、硬件

依

于

定

用涉及范

指

用所涉及覆盖的物理和

攻

。

范

，包括网覆盖范、所涉及的人群

。

文献[12】提出了基于需求等

的

感器网安全策略模

合，需求与

方式和通信方式与

定

用

型指具体此物

网

用所属行

。

型，通将需求和策略分解、关

策略的接。但是，由于物网的

、

6敏感数据元指

物

网

用中可能涉及的敏感

数据，包括数据量比率、数据影响度。

当然，用系象在

感网不尽相同，因此感网中一些有的解决方案在物

境中可能不再适用；同，物网所理的数据量将比

在的互网和移网大得多。

网

的

中有其他一些元素，如

制度、IP地址、各种子文档和操作手册，本文不做研究。

3．2

BHSM-IOT模型架糟

模糊随机量的概念于t978年由H．Kwakernaak¨ 首次

提出。随后国内外不少学者模糊随机行了研究u4。引。

文献【161将模糊价模型用于系未来安全状况的价，并

采用多个价方法具高的精确度，种模糊

价方法确定物网不同用的安全等提供了新思路。

从以上研究工作可以看出：(1)国内网安全技

研究以安全框架和探索研究居多，具体安全技的研究少。

(2)目前，国内网安全技的具体研究大多集中在RFID

上，点包括整个接入网的安全技研究少。

(3)国内外目前流行的无通信均采用不同安全

BHSM— IOT架构如 1所示，包括用需求分析、网

量

拓扑分析、攻

型

及用安全等判定4个部分。

例

明

物

的

物

系

中

等

网

用配置不同加密等策略的思路，但

用划分安全等的研究少。

如何

物

本文在研究国内外物网安全技

展的基

上

行了

以下工作：(1)提出一个基于等划分的物网安全模型。

(2)提出了物网拓扑子模型和物网攻子模型架构。

(3)利用模糊价模型和易的三估法判定物

全等。本文的研究目的在于将目前网安全的研究内

行有效整合，使研究者能更加清晰地了解物网安全；

从新的角度研究物网安全，解决物网安全的等

划分，使物网安全技用更加准确、高效，并

降低源消耗。

网

用安

物

容

面

的

圈1基于等捌分的麓圈安全楱垂

用需求分析的功能是某一物

搜集，其中包括用系管理工作、

用涉及物理范用客数量、

以及用系硬件安全水平。根据用客数量和使用范

网

用

行相关数据

3基于等划分的物网安全模型

3．1

BHSM-lOT模型象及相关定

人

水平、

一个用系的运行是靠众多元素完成的，而用系

中的相关元素同也是构成模型的重要象。在整个

、

用

型和敏感数据量

用

万方数据

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