第1章 物联网安全概述

该章无重要考点，主要出选择、判断等，掌握基础概念，2~3分分值

一、 物联网的概念与结构（基础认知）

1. 物联网的概念与起源

• 地位：继计算机、互联网之后，信息产业领域的第三次发展浪潮。
• 起源：最初基于RFID（射频识别）技术和EPC（电子产品编码）标准，实现物品实时信息共享。
• 演化：现在已融合传统网络、传感器、Ad Hoc无线网络、普适计算和云计算等ICT技术。
• 普遍定义：通过RFID、传感器、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息采集设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。
• 核心功能提炼：感知、通信、计算 ➡️ 泛在感知、可靠传输、智慧处理。

2. 物联网的系统结构

• 三层结构模型：
  1. 感知层：采集数据（眼睛和皮肤）
  2. 网络层：传输数据（神经中枢）
  3. 应用层：处理数据并提供服务（大脑）
• 四层结构模型（更细致的划分）：
  1. 感知层：信息采集
  2. 接入层：短距离接入与汇聚
  3. 网络层（含汇聚层+核心交换层）：数据路由与骨干传输
  4. 管理服务层/应用层：行业应用、数据处理、支撑服务（如ONS、网络管理、QoS保证、信息安全）

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二、 物联网安全及属性

1. 物联网安全的定义与内容

• 定义：保护物联网硬件、软件及数据不受破坏/更改/泄露，保障系统连续可靠运行，服务不中断。
• 三大主要内容：① 数据的安全；② 网络的安全；③ 节点的安全。

2. ✨基本安全属性：CIA三元组

• 机密性：
  • 数据机密性：非授权个人无法获取/披露信息。
  • 隐私性：个人能控制自身信息的收集、存储及披露对象。
• 完整性：
  • 数据完整性：信息和程序只能在授权方式下被改变。
  • 系统完整性：系统未受损，按预期功能执行，免受非授权操作。
• 可用性：系统迅速工作，不能拒绝授权用户的服务。
  

在各维度的威胁体现

维度	机密性威胁	完整性威胁	可用性威胁
硬件	设备被盗/禁用	-	拒绝提供服务
软件	软件非授权拷贝	运行程序被修改，执行非期望任务	程序被删除，拒绝访问
数据	非授权读取、统计分析泄露隐含数据	修改文件、伪造新文件	文件被删除，拒绝访问
通信	窃听消息、观察流量模式	消息被修改/延迟/重放/复制、伪造	消息被破坏/删除、线路或网络不可用

3. 延伸安全属性

• 可认证性：
  • 对等实体认证：确认通信双方/多方的身份（防假冒、防重放）。
  • 数据源认证：确认数据单元的来源（主机标识，但不防复制或修改）。
• 可控性（可靠性）：控制授权范围内的信息流向及行为方式；记录用户活动（审计日志），为事故追溯提供依据。
• 不可抵赖性/不可否认性（可核查性）：用户不能抵赖自己做过的行为，也不能否认收到的信息。

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三、 物联网安全现状与威胁分析

1. 产业安全现状（痛点）

• 终端安全隐患大：80%简单密码、70%通信未加密、90%固件有隐患、大量设备无法更新补丁/硬编码密码。
• 防护措施不足：设备轻量级/低成本导致难装杀软；出厂未安检；室外分散易受物理攻击。
• 影响严重：涉及生命财产安全（如2024年黎巴嫩寻呼机爆炸、医疗系统勒索攻击等）。
• 产业链投入失衡：各环节抢占市场，极少提前规划安全，安全环节投资占比低。

2. 典型安全事件分析：Mirai 僵尸网络

• 攻击原理：扫描物联网设备 ➡️ 利用出厂密码/弱口令感染 ➡️ 设备变“肉鸡”（寄生虫） ➡️ 组建僵尸网络 ➡️ 发动DDoS攻击。
• 攻击目标：路由器、网络摄像头、DVR、智能家居等。
• 著名事件：2016年攻击美国Dyn域名服务器，导致半个美国断网。
• 难点：Mirai可删除但能“重生”（重启设备无法根除）。
• 防范：固件升级、强口令、关闭不必要端口、加密技术、密码替代技术。

3. 物联网安全威胁分析（端-管-云模型）

• 终端威胁：
  • 非法入侵（弱口令、漏洞）。
  • 恶意代码（病毒/木马/蠕虫，因性能低易受攻击，危及全网）。
• 网络（管）威胁：
  • 流量攻击（DDoS消耗带宽，致网络瘫痪）。
  • 非法入侵（利用运维漏洞入侵核心网元，篡改数据）。
• 平台（云）威胁：
  • 流量攻击、入侵攻击、恶意代码感染。
• 威胁产生的根本原因：系统的开放性、复杂性、人的因素；协议/OS/应用/设计漏洞；恶意攻击；物理设备电磁泄露等。

4. 信息传输中的四大威胁手段

1. 截获：窃听通信内容。
2. 中断：中断他人通信。
3. 篡改：修改报文，使信息失真。
4. 伪造：发送伪造信息。

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四、 物联网的安全体系结构

1. 物联网安全研究的出发点

• 从应用中找安全需求。
• 从共性网络技术中找安全问题。
• 从物联网特点中发现新问题（异构融合、资源受限、大规模远距离访问、移动与可追踪）。

2. 架构分层与安全重点

物联网安全架构对应其网络结构，主要分为三大层，但需注意：简单叠加不能提供可靠保证，存在交叉。

• 感知层安全：解决终端设备物理安全、接入安全、防篡改/仿冒。
• 网络层安全：解决传输过程中的机密性、完整性、抗DDoS、异构网络认证。
• 应用层安全：关注具有应用特色的安全问题，核心包括：
  • 密钥管理（底层机制）
  • 隐私保护（物联网特有且突出）
  • 信任管理（实体信任评估）

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模拟复习题

一、 单项选择题（共4题）

1. 物联网被认为是继计算机、互联网之后，信息产业领域的第几次发展浪潮？
A. 第一次
B. 第二次
C. 第三次
D. 第四次

【答案】C
物联网代表了未来计算与通信技术发展的方向，被认为是继计算机、Internet之后，信息产业领域的第三次发展浪潮。

2. 在物联网安全的基本属性中，确保系统在未受损的方式下执行预期的功能，避免对系统进行有意或无意的非授权操作，这属于（ ）。
A. 数据机密性
B. 系统完整性
C. 可用性
D. 不可抵赖性

【答案】B
解析：完整性的两个概念：①数据完整性：确保信息和程序只能在授权方式下被改变；②系统完整性：确保系统在未受损的方式下执行预期的功能，避免非授权操作。题干描述的是系统完整性。

3. 2016年导致美国主要域名服务器供应商Dyn瘫痪，致使半个美国断网的“Mirai”事件，其攻击方式属于（ ）。
A. 截获
B. 非法入侵
C. 流量攻击（DDoS）
D. 伪造

【答案】C
解析：Mirai僵尸网络的核心攻击方式是控制大量物联网设备（肉鸡），针对目标网络发动高强度DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击），这属于典型的流量攻击，消耗网络带宽造成瘫痪。

4. 攻击者从网络上窃听他人的通信内容，这种信息传输过程中的威胁手段被称为（ ）。
A. 截获
B. 中断
C. 篡改
D. 伪造

【答案】A
解析：信息传输面临的四种威胁手段：截获（窃听）、中断（中断通信）、篡改（修改报文）、伪造（伪造信息）。窃听属于截获。

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二、 判断题（共3题）

5. 物联网的安全架构分为感知层安全、网络层安全和应用层安全，只要将各个层次的安全措施简单叠加，就能为物联网提供可靠的安全保证。（ ）

【答案】错误（×）
解析：“各个层次的安全措施简单叠加并不能提供可靠的安全保证”，因为应用层安全与感知层、网络层安全存在交叉，需要跨层的协同和具有应用特色的安全机制。

6. 数据源认证不仅能为数据单元的来源提供确认，还能有效提供对数据单元复制或者修改的保护。（ ）

【答案】错误（×）

7. 对于感染了Mirai病毒的物联网设备，只需简单的清除病毒和重启设备就能彻底排除安全威胁。（ ）

【答案】错误（×）
解析：在Mirai事件分析中明确提到，“Mirai可以删除，但也能‘重生’。对于存在漏洞的物联网设备，简单的清除和重启不能彻底排除”。

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三、 简答题（共3题）

8. 简述物联网安全基本属性中的“CIA三元组”及其各自包含的具体概念。

“CIA三元组”是处于计算机安全核心地位的三个关键目标：

• 机密性：包括①数据机密性（确保信息不能由非授权个人利用或披露）；②隐私性（确保个人能控制个人信息的收集、存储及披露对象）。
• 完整性：包括①数据完整性（确保信息和程序只能在指定和授权的方式下被改变）；②系统完整性（确保系统在未受损方式下执行预期功能，免受非授权操作）。
• 可用性：确保系统能够迅速工作，且不能拒绝对授权用户的服务。

9. 根据PPT内容，简述当前物联网产业中终端设备面临的主要安全隐患（用数据说明）以及防护措施不足的原因。

• 终端安全隐患（数据说明）：80%的设备采用简单密码；70%的通信过程未加密；90%固件存在安全隐患；大量设备没有更新补丁甚至无法更新，使用硬编码密码。
• 防护措施不足的原因：
  1. 物联网设备具有专用性、低成本、轻量级的特点，导致很少有防病毒软件能适配安装；
  2. 出厂未进行安全检查；
  3. 终端在室外分散安装，容易导致物理攻击、篡改和仿冒。

10. 物联网的安全架构一般分为哪几层？为什么各层安全措施的简单叠加不能提供可靠的安全保证？应用层安全重点关注哪些问题？

• 安全架构分层：分为感知层安全、网络层安全、应用层安全。
• 不能简单叠加的原因：因为物联网是一个多网并存的异构融合网络，应用层安全的研究内容可能会与感知层安全和网络层安全有交叉，简单的叠加无法应对跨层的复杂关联威胁。
• 应用层安全重点关注的问题：具有应用特色的安全问题，或在应用层解决的安全问题，如密钥管理问题、隐私保护问题、信任管理问题等。