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1、物联网安全技术,第一章 绪论,1.1 物联网的概念1.2 物联网安全问题1.3 物联网面临的安全挑战,1.1 物联网的概念,1.1.1 物联网的由来 1.1.2 物联网的定义 1.1.3 和物联网相近的概念 1无线传感器网络 2. 泛在网 3. M2M 4. 信息物理系统 1.1.4 物联网体系结构 1. 感知层 2. 网络层 3. 应用层,1.1.1 物联网的由来,物联网（Internet of Things，IoT）是通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、传感器节点等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定
2、位、跟踪、监控和管理等功能的一种网络。物联网的概念有两层含义：（1）它是互联网、移动通信网和传感网等网络的融合，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；（2）其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的核心是完成物体信息的可感、可知、可传和可控。,1999年美国麻省理工学院（MIT）成立了自动识别技术中心，构想了基于RFID的物联网的概念，提出了产品电子码（EPC）概念。国际物品编码协会EAN和美国统一代码委员会成立EPC Global机构，负责EPC网络的全球化标准。 2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电联（ITU）发布了“ITU
3、Internet Reports 2005：The Internet of Things”。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。另外，欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在“Internet of Things in 2020”报告中也分析预测了未来物联网的发展将要经历四个阶段。,在产业界，2008年年底IBM提出了“智慧地球”概念，随后，IBM大中华区在“2009 IBM论坛”上公布了名为“智慧的地球”的最新策略，得到美
4、国各界的高度关注。在我国，早在20世纪90年末就开始了传感网的研究，特别是近十年来在无线传感器网络方面，国内的高等院校、科研机构和相关企业都进行了较深入的研究，取得了一些成果。2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对物联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会的极大关注。 2010年，国家发展和改革委员会、工业和信息化部等部委会同有关部门，在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的发展。,时至今日，物联网概念的范畴与时
5、俱进，已经超越了1999年MIT和2005年ITU报告所给出的范围，物联网的应用也拓展到智能家居、现代物流、军事应用、数字城市、公共安全、智能交通、智能农业等更广泛的领域。,顾名思义，物联网就是“物物相连的网络”。物联网的最终目标是要将自然空间中的所有物体通过网络连接起来。物联网的核心和基础是网络，是在现有各种网络基础上延伸和扩展的网络，同时现实生活中的所有物体在物联网上都有对应的实体，可以说最终的物联网就是虚拟的、数字化的现实物理空间。物联网本身是一个容易理解的概念，但由于其涉及现实世界的方方面面，尤其是温家宝总理发表了“感知中国”的讲话之后，各行各业都不约而同地发表自己对物联网的理解，由于
6、出发点和视角的差异，这些理解难免不一致，目前物联网的定义还没有完全统一，其普遍采用的定义是：利用二维码、无线射频识别（Radio Frequency IdentificationDevices，RFID）、红外感应器、全球定位系统（Global Position System，GPS）、激光扫描器等各种感知技术和设,1.1.2 物联网的定义,备，使任何物体与网络相连，全面获取现实世界的各种信息，完成物与物、人与物的信息交互，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、管理和控制。从物联网本质来看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智
7、能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。物联网被称为继计算机和互联网之后，世界信息产业的第三次革命性创新。物联网一方面可以提高经济效益，大大降低成本；另一方面可以为经济的发展提供技术推动力。物联网的基础要实现网络融合，现有的互联网、电信网（包括移动通信系统）、广播电视网络首先要成一个统一的“大网络”，即目前如火如荼展开的三网融合。物联网在融合大网络的基础上，能够对网络上的人员、机器设备和基础设施实施实时的管理和控制。,在物联网时代，人类的日常生活将发生翻天覆地的巨大变化。物联网具备三个特点：一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可
8、靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确 地传递出去；三是智能应用，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对天量（互联网中，人们常说海量数据，物联网的信息量比互联网大得多，因而本书将其称为天量数据）数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。 首先，它是各种感知技术的广泛应用。 其次，它是一种建立在融合网络之上的泛在网络。最后，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力和执行器件，能够对物体实施智能控制。,物联网并不是凭空提出的概念，物联网本身是互联网的延伸和发展。目前，互联网已发展到空前高度，人们通过互联网了解世界十分便利。但随着人们认识的提高，人
9、们对生活品质的要求越来越高，人们不再满足现有互联网这种人与人交互的模式，人们追求能够通过网络实现人与物的交互，甚至物与物的自动交互，不再需要人的参与。基于这些背景，以及技术的发展，物联网概念的提出水到渠成。物联网是在现有互联网的基础上，利用各种传感技术，构建一个覆盖世界上所有人与物的网络信息系统。人与人之间的信息交互和共享是互联网最基本的功能，而在物联网中，我们更强调的是人与物、物与物之间信息的自动交互和共享。,1.1.3 和物联网相近的概念,1无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是指“随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点
10、，通过自组织方式构成的无线网络”。无线传感器网络由大量无线传感器节点组成，每个节点由数据采集模块、数据处理模块、通信模块和能量模块构成，其中数据采集模块主要是各种传感器和相应的A/D转换器，数据处理模块包括微处理器和存储器，通信模块主要是无线收发器，无线传感器网络节点一般采用电池供电。无线网络传感器网络技术是物联网最重要的技术之一，也是物联网与现有互联网区别所在的主要因素之一，可广泛应用于军事、国家安全、环境科学、交通管理、灾害预测、医疗卫生、制造业、城市信息化建设等领域。,2泛在网泛在网（Ubiquitous Network）又被称为无所不在的网络。泛在网概念的提出比物联网更早一些，国际上对
11、其的研究已有相当长的时间。这个概念得到了美、欧在内的世界各个国家和地区的广泛关注。泛在网将4A作为其主要特征，即在任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）、任何人（Anyone）、任何物（Anything）都能方便地通信。泛在网内涵更多地以人为核心，关注可以随时随地获取各种信息，几乎包含了目前所有网络概念和研究范畴。,3M2MM2M即Machine to Machine，指机器到机器的通信，也包括人对机器和机器对人的通信。M2M是从通信对象的角度出发表述的一种信息交流方式。M2M通过综合运用自动控制、信息通信、智能处理等技术，实现设备的自动化数据采集、数据传输、数据处理和设备自
12、动控制，是不同类型通信技术的综合运用。M2M让机器、设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。M2M是物联网的雏形，是现代物联网应用的主要表现。,4信息物理系统信息物理系统（Cyber Physical Systems，CPS）是美国自然基金会2005年提出的研究计划。CPS是“人、机、物”深度融合的系统，CPS在物与物互连的基础上，强调对物实时、动态的信息控制盒信息服务。CPS试图克服已有传感网各个系统自成一体、计算设备单一、缺乏开发性等缺点，更注重多个系统间的互连互通，并采用标准的互连互通的协议和解决方案，同时强调充分运用互联网，真正实现开发的、动态的、可控的、闭环的计
13、算和服务支持。CPS概念和物联网的概念类似，只是目前的物联网更侧重于感知世界。物联网与传感网、M2M、泛在网、互联网、移动网的相互关系如图1-1所示。,图1-1 物联网与泛在网、M2M、传感网、互联网、移动网的相互关系,传感网可以看成“传感模块”加上“组网模块”而构成的一个网络，更像一个简单的信息采集的网络，仅仅感知到信号，并不强调对物体的标志，最重要的是传感网不涉及执行器件。物联网的概念比传感网大，它主要是人感知物、标识物的手段，除了传感网外，还可以通过二维码、一维码、RFID等随时随地地获取信息；物联网除了感知世界外，还要控制物体执行某些操作。从泛在网的内涵看，它首先关注的是人与周边的和谐
14、交互，各种感知设备与无线网络不过是手段；从概念上看，泛在网与最终的物联网是一致的。M2M是机器对机器的通信，M2M是物联网的前期阶段，是物联网的组成部分。CPS则可以看成物联网的学术提法，侧重于研究，而物联网则是侧重于工程技术。,1.1.4 物联网体系结构,物联网是一个基于感知技术，融合了各类应用的服务型网络系统，可以利用现有各类网络，通过自组网能力，无缝连接、融合形成物联网，实现物与物、人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。在业界，物联网被分为三个层次，底层是感知世界的感知层，中间是数据传输的网络层，最上面则是应用层，如图1-2所示。,图1-2 物联网体系结构,1感知层物联网的感知层主要完成
15、信息的采集、转换和收集，以及执行某些命令。感知层包含传感器件和控制器件两部分，用于数据采集及最终控制；短距离传输网络将传感器件收集的数据发送到网关或将应用平台控制命令发送到控制器件。传感器件包括条码和读/写器、 RFID和读/写器、摄像头、GPS、各种传感器、终端、传感器网络等。感知层要形成泛在化的末端感知网络。各种传感器、RFID标签与其他感知器件要泛在化布设，无处不在。末端感知网络泛在化说明：第一，全面的信息感知是实现物联网的基础；第二，解决低功耗、小型化与低成本是推动物联网普及的关键。末端感知网络是相对网络层而言的，它位于物联网的末端，自身不承担转发其他网络的作用。此外，除了上述传统意义
16、上的感知器件之外，现在世界各国大力研究的智能机器人未来也将是物联网的一部分。,2网络层 物联网的网络层包括核心网和各种接入网，网络层将感知层获取的信息传输给处理中心和用户。物联网的核心网络是在现有互联网基础上，融合电信网、广播电视网等形成的面向服务、即插即用的栅格化网络；而接入网则包括移动的2G/3G网、集群、无线城域网等，通过接入网络，感知层能够将信息传输给用户，同时用户的指令也可以传输给感知层。 目前，物联网的核心网基本与互联网的核心网一致，但随着时间的推移及人们认知的提高，由于物联网广泛增长的信息量及信息安全要求的提高，物联网的核心网将在现有核心网上扩展而成或者是有技术体制差别的新型网络
17、。目前业界针对IP网络安全性差的先天缺陷提出了多种改进方案，如名址分离、集中控制、源地址认证等，这些思想肯定会在今后的物联网核心网发展过程中得以体现。,物联网的接入网也在发展，未来的4G网络、各种宽带接入系统都将是接入网的组成部分，随着感知节点的增多，天量信息数据的接入将对接入网带来全新的挑战。 3应用层物联网的应用层主要是通过分析、处理与决策，完成从信息到知识、再到控制指挥的智能演化，实现处理和解决问题的能力，完成特定的智能化应用和服务任务。应用层包括数据处理、中间件、云计算、业务支撑系统、管理系统、安全服务等应用支撑系统（公共平台），以及利用这些公共平台建立的应用系统。物联网的应用层将是普适化的应用服务，物联网应用服务将具备智能化的特征。物联网的智能化体现在协调处理、决策支持及算法库和样本库的支持上。实现物联网的智能化应用服务涉及天量数据的存储、计算与数据挖掘等技术。,
