代码收藏家技术教程 2025-01-06

物联网（IoT）网络安全

物联网（IoT）网络安全是保障物联网系统正常、安全运行的关键领域，以下从多个方面来进行介绍：

一、重要性

随着物联网设备在各个领域广泛应用，如智能家居、工业控制、医疗健康、智能交通等，众多设备相互连接并传输数据。一旦遭受网络攻击，可能导致隐私泄露、设备被控制、业务中断等严重后果，影响个人生活、企业运营甚至国家安全，所以保障其网络安全至关重要。

二、面临的主要威胁

设备漏洞：许多物联网设备在设计和开发时可能为了控制成本等原因，没有充分考虑安全防护，存在诸如弱口令、未修复的软件漏洞等，容易被攻击者利用来入侵设备。
网络攻击：包括 DDoS（分布式拒绝服务）攻击，攻击者通过控制大量 “僵尸” 设备向目标物联网系统发送海量请求，使其瘫痪无法正常服务；还有中间人攻击，攻击者在通信双方之间拦截、篡改传输的数据。
恶意软件感染：一些物联网设备可能被植入恶意软件，像勒索软件可以加密设备上的数据并勒索钱财，或者被用来作为跳板进一步攻击其他关联的网络系统。
隐私泄露：物联网设备收集大量用户相关的数据，例如家庭住址、生活习惯等，如果安全防护不到位，这些隐私数据可能被窃取并被不法分子利用。

三、应对措施

设备安全保障
加强设备设计阶段的安全考量，采用安全的芯片、操作系统等，从硬件和软件底层构建安全机制。
定期进行设备固件更新，及时修复已知的安全漏洞，确保设备的安全性处于最新状态。
对设备进行严格的身份认证，例如采用多因素认证机制，防止未经授权的设备接入物联网网络。
网络安全防护
部署防火墙、入侵检测 / 预防系统等网络安全设备，对进出网络的流量进行监控和过滤，及时发现并阻断异常的网络访问行为。
采用加密技术对物联网设备之间传输的数据进行加密，保证数据在传输过程中的保密性和完整性，即使被拦截也难以被破解和篡改。
合理划分网络区域，对不同安全等级的物联网设备进行隔离，限制攻击的传播范围。
安全管理与监测
建立完善的物联网安全管理制度，明确设备采购、使用、维护等环节的安全责任和流程，规范人员操作。
持续对物联网系统进行安全监测，通过安全态势感知平台等收集设备、网络的运行数据，分析潜在的安全风险，及时进行预警和处置。
对相关人员开展网络安全培训，提高其安全意识和应对安全事件的能力，确保整个物联网安全体系有效运转。

四、发展趋势

法规政策不断完善：各国政府日益重视物联网网络安全问题，相继出台相关的法律法规和标准规范，促使企业加强安全保障措施，合规运营物联网相关业务。
安全技术融合创新：人工智能、区块链等新兴技术将与物联网安全深度融合，例如利用人工智能进行异常行为检测，利用区块链的不可篡改特性保障数据的可信性等，不断提升物联网安全防护的智能化和可靠性。
安全即服务模式兴起：越来越多的企业会选择将物联网网络安全外包给专业的安全服务提供商，按照服务的方式来保障自身物联网系统安全，降低安全运维成本和技术门槛。

介绍一些加强设备设计阶段安全考量的具体措施

以下是一些在物联网设备设计阶段加强安全考量的具体措施：

硬件层面

采用安全芯片：
选择内置了硬件加密模块、具备安全启动功能以及防篡改机制的芯片。例如，一些高级别的安全芯片在启动时会对设备固件进行完整性校验，只有通过验证的固件才能被加载运行，防止攻击者植入恶意代码篡改设备启动流程。同时，硬件加密模块可对关键数据进行高效加密和解密，保障数据存储和传输安全。
合理的硬件布局与防护：
设计电路板时，将关键的安全相关组件（如加密芯片、安全存储单元等）放置在受保护的区域，避免其轻易被物理接触或探测。并且采用防电磁干扰、防拆等物理防护手段，像添加屏蔽罩防止电磁信号被非法获取，使用特制的螺丝或封装方式使攻击者难以拆解设备获取内部信息或进行硬件层面的篡改。
冗余设计：
对于一些关键功能模块，可引入冗余设计。比如设置多个传感器用于检测同一物理量，通过数据比对和分析来判断数据的准确性，防止因某个传感器被恶意干扰或故障而导致错误数据被采用，进而影响整个物联网系统的正常决策和运行。

软件层面

安全的操作系统选择与定制：
选用经过安全认证、漏洞修复及时的操作系统，如一些专为嵌入式设备开发的轻量级安全操作系统。或者基于开源操作系统进行定制化裁剪，去掉不必要的功能组件（这些组件可能存在安全隐患），同时强化系统的访问控制、进程管理等安全机制，确保只有授权的进程能访问关键资源，限制恶意软件的运行空间。
遵循安全编码规范：
开发人员在编写设备软件代码时，严格遵循如 OWASP（开放式全球应用安全项目）等组织发布的安全编码指南。例如，对输入的数据进行严格的合法性验证，防止出现缓冲区溢出漏洞（攻击者可利用该漏洞注入恶意代码）；正确处理内存分配与释放，避免内存泄漏等问题被利用来发起攻击；妥善管理加密密钥，采用安全的密钥存储和使用方式，防止密钥泄露导致的数据加密失效。
内置安全更新机制：
在设备软件架构中提前设计好方便、可靠的固件更新机制，确保后续发现安全漏洞时，设备能够及时从合法的服务器端下载并安装更新补丁。并且要对更新过程进行安全验证，如通过数字签名验证更新包的来源合法性和完整性，防止攻击者推送恶意的更新文件来控制设备。

身份认证与授权方面

强身份认证机制设计：
采用多因素身份认证方式，除了传统的用户名和密码（要求设置强密码策略，如足够的长度、包含大小写字母、数字和特殊字符等），还可结合设备唯一标识符、生物识别特征（在支持的情况下，比如部分智能穿戴设备可利用指纹识别）或者一次性密码（通过短信、验证器应用等获取）等因素进行综合认证，提高设备接入的安全性，防止未经授权的设备冒充合法设备接入物联网网络。
细粒度的授权管理：
在设备软件中构建细致的授权体系，明确不同用户、不同应用程序对设备资源（如传感器数据读取、设备控制接口等）所能访问的权限范围。例如，普通用户只能读取智能家居设备的部分状态数据，而管理员用户才能进行设备配置参数修改等操作，通过这种分层、分类的授权管理，最大限度减少因权限滥用导致的安全风险。

安全测试与评估方面

开展代码安全审查：
利用静态代码分析工具和人工审查相结合的方式，在代码编写完成后、设备投入生产前，全面检查代码中是否存在潜在的安全漏洞，如代码逻辑缺陷、加密算法使用不当等问题，并及时进行修复，将安全隐患消除在早期阶段。
模拟攻击测试：
通过专业的渗透测试团队或采用自动化的漏洞扫描工具，依据常见的网络攻击手段和物联网设备特点，对设计好的设备进行模拟攻击测试，检验设备的安全防护能力，找出薄弱环节并加以改进，确保设备在实际应用场景中能够抵御各类已知和潜在的安全威胁。

物联网设备设计阶段的安全考量和其他阶段有何不同？

物联网设备在设计阶段的安全考量与其他阶段存在诸多不同之处，以下从不同方面进行详细对比分析：

目标侧重点不同

设计阶段：
主要侧重于从根源上构建安全体系，是一种预防性的思路。目标是将安全理念融入到设备的硬件架构、软件代码、功能逻辑等各个基础层面，通过合理选型、科学布局以及规范编码等方式，尽可能提前预防各类安全隐患的出现，使设备在后续投入使用和面临复杂网络环境时具备内在的安全基因，就如同为设备打造坚固且安全的 “骨架” 和 “血脉”。例如，选用安全芯片、定制安全的操作系统等都是在为设备后续安全运行打基础。

开发阶段（除设计外）：
重点在于实现设备的各项预定功能，在满足功能需求的同时兼顾安全方面的要求，但更多是按照设计阶段确定的安全框架去具体落实代码编写、模块整合等工作。开发人员需要在已有的安全规范指导下，保证功能实现的流畅性以及各功能模块之间交互的协调性，对安全考量更多是 “跟随性” 的，确保不偏离设计阶段定下的安全基调。

运维阶段：
侧重于保障设备在实际运行环境中的持续安全性，应对不断出现的新威胁以及设备老化、性能变化等现实情况。主要目标是通过监测、更新、应急响应等手段来维持设备安全状态，例如及时发现并修复运行中出现的安全漏洞、处理因网络环境变化引发的安全问题等，是一种动态的、应对性的安全保障过程。

可操作空间不同

设计阶段：
具有最大的可操作空间和灵活性，因为此时一切都是从零开始构建，可以自由选择安全的硬件组件、确定最优的软件架构、规划完善的身份认证和授权体系等。比如在硬件方面能直接决定采用何种具备高级别安全防护功能的芯片，在软件上能够决定基于何种安全的操作系统进行定制开发，从源头上把控安全走向。

开发阶段（除设计外）：
可操作空间相对受限，需要在设计阶段确定的大框架下开展工作，比如选定了特定的硬件平台和操作系统后，开发人员基本只能在此基础上进行功能模块开发和代码编写，虽然也能进行一定的优化调整，但很难对整体架构等基础性内容进行根本性改变，更多是在既定 “轨道” 上完善细节。

运维阶段：
操作空间主要集中在对现有设备和系统的修补、优化以及应急处置上。通常只能通过更新固件、调整配置参数、阻断异常网络连接等手段来维护安全，很难对设备的硬件架构、软件核心逻辑等进行大规模改动，因为设备已经投入使用，任何大的变动都可能影响其正常运行以及与其他关联设备、系统的协同工作。

成本投入特点不同

设计阶段：
从长远来看，前期安全投入成本相对较高，需要投入更多资源用于选用高品质安全硬件、开展全面的安全测试评估以及聘请专业安全专家参与设计等工作，但这种投入能够避免后续很多潜在的高额安全事故损失以及运维成本。例如，购买更安全但价格稍高的芯片、花费较多时间进行模拟攻击测试等，都是为了让设备后续能更安全地运行，减少因安全漏洞带来的风险成本。

开发阶段（除设计外）：
成本投入主要集中在按照设计要求实现功能以及遵循安全规范编写代码等人力成本上，相比设计阶段，对硬件等大规模投入的需求减少，但如果在设计阶段安全考量不足，在此阶段可能需要额外花费成本去弥补安全短板，如增加代码安全审查工具的使用、对部分模块重新进行安全优化等。

运维阶段：
运维阶段成本更多体现在持续监测、应急响应以及频繁的固件更新等方面。例如，购置安全监测系统、组建应急响应团队以及为频繁的固件更新搭建服务器和进行人力运维等都需要持续投入成本，而且一旦出现安全事故，还可能面临巨额的损失赔偿、业务中断损失等，成本具有一定的不可预测性和突发性。