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平衡的智慧:当密码技术遇上物联网

2017-10-20 来源:我爱物联网

  物联网是信息技术发展到一定阶段的产物,它将各种有线和无线网络与互联网融合,综合应用海量的传感器、智能处理终端、全球定位系统等,实现物与物、物与云、物与人的随时随地连接,进而实现虚拟世界对现实世界的智能管理和控制。如果飞速发展的物联网遭遇恶意攻击,所造成的后果往往会超出人们的预想。密码技术作为网络空间安全的核心与基础,如何应对其在物联网中应用时的种种新挑战?《易经》有云“一阴一阳谓之道”,矛盾的两面互为消长、相互依存地发展进步是中华民族的古老智慧,如今当严谨的密码技术遇上物联网,我们也能够从其中得到一些启示。

  面临的新挑战

  物联网系统架构通常可以分为感知层、传输层和应用层,三层架构如下图所示

  1、感知层:利用RFID、传感器等设备随时随地获取物体的各类信息;

  2、网络层: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;

  3、应用层:把感知层得到的信息进行处理,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。

  对于物联网传输层和处理层,有许多相关安全保护技术,涵盖其物理层、IP 层、传输层和云安全等各个方面,因此物联网传输层、处理层的安全技术不是本文所将阐述的重点。而在物联网三层架构中,感知层的特殊性使其所面临的安全隐患和问题极为突出,存在终端设备固件安全、终端设备与云端认证、通信加密等安全保护需求。感知层节点数量往往巨大,且节点资源(包括存储容量、计算能力、通信带宽和传输距离等)通常会受到比传统网络更加严格的限制。资源的严重受限使得对计算、存储和通信开销较大的传统认证及加密技术无法得以有效应用,因此轻量级(lightweight)密码技术成为该领域的研究热点。

  平衡中求进步

  轻量级密码技术的研究是要在安全性、成本、效率三者间进行权衡,当前轻量级密码技术的研究一般关注以下几点:

  (1) 轻量级密码算法设计:包括流密码和分组密码,设计目标是在实现成本上轻量化,使用对象是 RFID 标签和资源非常有限的传感器节点;

  (2) 可软硬件并行化的轻量级密码算法设计:设计目标是考虑不同场景的应用,或通信两端的性能折衷,虽然在轻量化实现方面也许不是最优,但当不考虑软硬件成本时,可使用并行处理技术实现吞吐率的大幅度提升;

  (3) 轻量级公钥密码算法设计:在许多应用中,由于方便密钥分发等原因, 公钥密码具有不可替代的优势。

  目前业界已提出了多种轻量级分组密码算法,比较知名的轻量级密码算法有分组密码算法LBlock、PRESENT、CLEFIA、SM7,流密码算法Enocoro、Trivium,杂凑密码算法PHOTON、SPONGENT,公钥密码算法cryptoGPS等。

  梆梆安全的努力与实践

  物联网终端剩余空间、对通信性能降低情况、对用户体验影响最小、海量终端中使用带来的成本增加问题……在这些物联网客观特征存在的前提下,提供最高级别的安全支持一直是梆梆安全追求的目标。而在当前纷杂的产业现状中,这更是一个难度相当大的工程实践问题。梆梆安全针对物联网各层,针对物联网用户真实情况,做了大量技术储配及工程方案。

  (1) 密码算法及协议方面,针对物联网感知层、传输层、处理层的特点,给出具备行业先进性及符合监管要求的密码支撑解决方案及产品;

  (2) 使用并行运算等技术对运算进行加速,而使用并行运算通常对空间又是一个挑战,梆梆安全通过技术研究积累,在数倍降低耗费时间的同时将所需空间增加量控制在几百字节;

  (3) 针对业务系统实际情况,在不降低安全度前提下将密码支撑系统整体的计算量进行重新分配,对终端安全模块所需空间、终端计算量、端到端认证和加密所需的通信轮数、通信数据量等方面进行大幅优化;

  (4) 密钥保护措施方面,根据业务重要层级、物联网系统受攻击时运营方和大众的利益损害、攻击者获利、海量设备使用性价比平衡等因素,提供白盒、物理不可复制((Physically Unclonable Function,PUF)、基于硬件SE等不同级别的密钥安全防护。

  密码支撑系统需要努力做到最小化影响业务系统运行,使得运营者可以为用户提供更好的智能设备使用体验。同时物联网系统在研发之始就应考虑安全支撑问题,行业各方共同努力才能营造出一个智慧而安全的未来生活。

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