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物联网自治安全适配层模型以及T2ToI中T2T匿名认证协议

更新时间：2019-12-10 17:47:37 大小：385K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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归纳分析了物联网的系统模型和网络模型、物联网的安全需求,提出了针对物联网的自治安全适配层模型,指出了物联网中一个新安全问题:在T2ToI中的物体间的匿名T2T认证问题,并给出相应匿名认证协议.

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11—1777／]rP

ISSN

计算机研究与发展

1000—1239／CN

Research and

Development

Journal

Computer

48(Suppl．)：320—325，2011

物联网自治安全适配层模型以及T2ToI中T2T匿名认证协议

任

敏

伟

宋

军

叶

刘宇靓

(中国地质大学(武汉)计算机学院信息安全系武汉430074)

(．com)

Autonomous

for 10Tand T2T

Authentication

Security Adaptive Layer

Anonymous

Protocols in T2ToI

Ren

Min，and Liu

Yuliang

Jun，Ye

Wei，Song

(School

Science，China

Geosciences，Wuhan 430074)

University of

of Computer

and of

network model 10T

are

for IOTare

Abstract

model

System

presented．Security requirements

new _{security problem，anonymous}T2T

proposed．A

also

autonomous

analyzed．An

security layer

Several

authentication

are

authentication

T2ToI，is

out．

pointed

anonymous

protocols

authentication

architecture；anonymous

proposed．

words

internet of

security

things

protocol；

Key

security；security

autonomous

摘要归纳分析了物联网的系统模型和网络模型、物联网的安全需求，提出了针对物联网的自治安全

适配层模型，指出了物联网中一个新安全问题：在T2ToI中的物体间的匿名T2T认证问题，并给出相

应匿名认证协议．

关键词物联网安全；安全体系；匿名认证；自治安全

中图法分类号TP393

出关键问题．武传坤口1从宏观角度初步探讨了IOT

的安全架构，其归纳十分全面，但比较概要．杨庚等

人[3]归纳了基于无线传感器网络(WSNs)的IOT的

安全问题，总结了大部分现有的WSNs的安全方

案，没有考虑IOT中RFID的影响．刘利民等人n3

主要探讨了基于RFID的IOT安全需求，没有考虑

IOT中WSNs的影响．

鉴于目前对物联网还没有较为清晰的认识，因

此有必要分析和归纳现有的工作，总结并提出较为

清晰的物联网体系结构，然后提出物联网安全体系

模型．本文给出较为清晰的IOT网络架构结构和

IOT安全架构，提出物联网安全自治层的功能架

构，指出物联网中的一个关键问题——T2ToI的匿

名认证问题，并给出解决该问题的安全协议．

目前关于lOT的研究大多集中在网络架构方

面，网络架构分析是安全架构分析的基础．IPSO提

出智能物体的概念，是一种能使用IP协议实现有限

的双向无线通信和实时环境数据感知的设备．基于

协议栈6LoWPAN[5。71支持IPv6在IEEE802．15．4

层上工作，路由协议为RPL[8]．其本质就是支持IP

的WSNs．EPCglobalL90定义了RFID应用架构，包

括标签、读卡器、ONS服务，EPCIS服务器．Urien[103

物联网安全研究现状分析

物联网(IOT)的安全问题将是关系物联网应用

的关键问题．目前，国内外对于IOT安全方面的研

究尚处于起步阶段，较多的讨论关注在安全需求分

析上．Weber‘11从安全架构论及了lOT的安全问

题，包括容侵能力、物体认证、访问控制等，也没有指

07一06

收稿日期：2011

基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金项目(090109)

万方数据

任伟等：物联网自治安全适配层模型以及T2Tol中T2T匿名认证协议

在T2TIT项目中提出支持主机标识协议HIP的标

签协议栈HIP—Tag．HIP协议主要解决主机移动和

多宿主问题，由于在标签上实现IP协议栈不太可能

(硬件的能力达不到)，于是在标签的EPCglobal

MAC层上加载HIP协议；相应的读卡器协议栈变

为：MAC层、IP协议、HAT[11]以及HIP层，HAT

是HIP与IP的中间层，用于地址转换．该架构引入

了Portal结构和改造了读卡器协议栈，以支持IP连

接．目前的一种研究趋势是关注多种网络的融合，典

型的是RFID和WSNs的融合[12|，或在RFID标签

中嵌入传感器‘13]，以及基于RFID的传感器m]．

Lopez最近总结了RFID-WSNs集成融合的国际标

准的现状[15|．国内沈苏彬等人[161提出一种IOT架

构的分类，把物联网的节点分为CPS结点、有源

CPS结点、互联网CPS结点3种，并相应地将网络

体系结构分为无源CPS结点与有源CPS结点互连

结构、有源CPS结点与有源CPS结点互连结构、有

源CPS结点与互联网结点互连结构3种．这一分类

具有一定参考价值．丁超等人[17]也对IOT的安全

体系结构和关键技术进行了分析，其分析和归纳的

内容非常新．

1)无线通信能力，物联网端系统的基本能力．2)感知

能力，能获取与监控环境相关的数据．3)标识能力，

唯一的标识物体．4)计算能力，基本的算术运算能

力．5)存储能力，能存储一定的数据．

例如：RFID标签，具有能力1)，3)和4)．无线

传感器节点，具有能力1)，2)，4)，5)．RFID读写器

具有能力1)，2)(对标签的感知)和4)．智能手机具

有能力1)，4)，5)．不同的端设备所具备能力的大小

上有所不同．

2．2物联网的网络模型

第1种协议栈是：EPCglobal的MAC协议，加

上IP协议，加上主机标识协议(HIP协议)．该协议

栈可称为支持主机标识协议HIP的标签协议栈

HIP—Tag．其实质是从RFID网络进行演进，由于在

RFID标签上支持IP协议在当前硬件条件下是不

可能的，于是试图在RFID标签上安装HIP协议．

EPCglobal定义了询问机和标签问的MAC协议．

IP解决寻址问题；HIP协议主要解决主机移动和多

宿主问题．

第2种协议栈是：IEEE802．15．4，加上IPv6．由

于Things是资源受限设备，加上通信环境是低功耗

易失网络(10w—power lossy networks，LLN)，故需

要改造IPv6使其更适合LLN，从而提出了

6LoWPAN．该方法基于IEEE802．15．4实现IPv6

通信．低功率运行物端设备支持基于IP的通信．这

种架构是从无线传感器网络演进而来，也称为支持

IP的无线传感器网络．IPv6的路由协议还需要修改

以适合LLN，即RPL协议．该协议定义了能够在

LLN环境中使用的点到点、点到多点、多点到点的

路由协议．

目前专门针对某个具体IOT安全问题的研究

尚不多见．Kim[1胡指出在6LoWPAN协议中存在包

分解(fragmentation attack)攻击，以及与之关联的

重放攻击，其方案是在包中添加时间戳和NONCE．

该方案可解决包分解攻击，但无法应对来自路由层

的攻击．分解攻击的本质是无线网络中可能存在恶

意节点，该方案不能解决这一类问题．Park等人[19]

从IETF工作组的角度指出了6LoWPAN中的安

全需求包括密钥管理，没有给出任何解决方案．

Leusse[2叩提出一种自管理的安全单元服务的架构，

作为一种应用层服务，但这是一个基于服务的基础

设施(SOD中的网络架构模型，没有分析和针对具

体的安全问题．Oleshchuk[2妇建议用用户匿名和安

全多方计算(安全累加、同态加密等)的方法解决

lOT的隐私保护问题，给出一些解决问题的思路．

此外，虽然在RFID安全和WSNs安全已经有很多

研究工作[22|，但由于IOT网络模型与单纯RFID或

WSNs的差异，安全问题自然有所不同．

T2T网络协议栈通常包括：1)MAC层(例如

EPCglobal MAC，802．15．4)；2)IP网络层(例如

HIP，HIP—Tag，IPv6)．如果物体端支持标识能力

(例如具有Auto—ID，Host ID，Ubiquitous ID等标

识)，则可能需要在协议栈中包含对标识的处理．标

识可以通过MAC层携带，或者在IP的上层携带

(如HIP协议)．

the

over

IOT的网络类型可分为3类：1)T2P

Internet(记为T2PoI，有人参与并且使用IP)；目前

over the

T2ToI的研究是最为缺乏的．2)T2T

2物联网的网络架构分析

Internet(记为T2ToI，使用IP)．3)没有IP介入的

T2T，(即平凡的T2T，或本地化的T2T(10calized

T2T)，记为LT2T)．这种T2T其实类似于802．15．

4加上ZigBee．

2．1物联网的端系统

物联网(设备)端系统的具有的能力通常包括：

万方数据

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