編者按：隨著新技術的不斷刷新，物聯網終是大勢所趨。物聯網再給人們帶來便捷、愉悅的生活的同時，安全問題也不容忽視，如隱私洩漏、數據洩露等。就物聯網安全問題，海爾UHomeOS研發總監尹德帥從物聯網安全概述、物聯網安全需求、物聯網安全需求對操作系統要求、UHomeOS安全方案四個方面深度解析當下物聯網安全存在的問題及解決方案，下面是具體內容。
1. 物聯網安全概述
1.1. 引言
維 基百科對於物聯網（Internet of Things）的定義為物聯網是將物理設備、車輛、建築物和一些其它嵌入電子設備、軟件、傳感器等事物與網絡連接起來，使這些對象能夠收集和交換數據的網絡。物聯網允許遠端系統通過現有的網絡基礎設施感知和控制事物，可以將物理世界集成到基於計算機系統的網絡世界，從而提高效率、準確性和經濟利益。經過二十多年的發展，物聯網已經逐步融入到我們的生活中來。從應用於家庭的智能恆溫器，智能電燈等設備，到與身體健康相關的智能穿戴設備。每一種智能設備的出現，都大大便利了人們的生活。
但是物聯網在給人們的生活帶來便利的同時，也會給人們帶來種種隱憂。許多智能電視帶有攝像頭和麥克風，即便電視沒有打開，入侵智能電視的攻擊者可以使用攝像頭來監視你和你的家人，可以利用麥克風監 聽你和家人的談話內容。維 基解密近期公佈機密文件，表明美國中情局利用三星智能電視漏洞監 聽觀眾對話，突顯物聯網安全問題的重要性。除此之外攻擊者還可以獲取對於智能家庭中的燈光系統的訪問後，除了可以控制家庭中的燈光外，還可以訪問家庭的電力，從而可以增加家庭的電力消耗，導致極大的電費賬單。種種安全問題提示人們，在享受物聯網帶來的方便快捷的同時，也要關注物聯網的安全問題。
物聯網面臨的新的挑戰包括：
（1） 隱私問題日益引起關注和用戶困惑。
（2） 移動的普遍性使得安全問題變的不可控。
（3） 設備數量的巨大使得常規的安全措施捉襟見肘。
（4） 大量基於雲的操作使得邊界安全不太奏效。
1.2. 物聯網安全與互聯網安全的關係
物聯網是互聯網的延伸，因此物聯網的安全可以大力借鑑互聯網安全，物聯網和互聯網的關係是密不可分。但是物聯網和互聯網在體系結構、操作系統、通信協議、系統升級、運維管理、隱私問題、硬件平臺多樣性、安全環境方面有大量的不同。物聯網的安全既構建在互聯網的安全上，也有因為其業務環境而具有自身的特點。總的來說，物聯網安全和互聯網安全的關係體現在：物聯網安全不是全新的概念，物聯網安全比互聯網安全多了感知層，傳統互聯網的安全機制可以部分應用到物聯網，物聯網安全比互聯網安全更復雜。物聯網與互聯網對比，見下表：
物聯網 互聯網 體系結構 分為感知層、網絡層和應用層 集中在網絡層和應用層 操作系統 嵌入式操作系統為主，專為物聯網定製的操作系統為輔，例如UHomeOS等 通用操作系統，例如Windows、Linux、MacOS等 通信協議 藍牙、Wi-Fi、Zigbee及互聯網協議 TCP/IP、HTTP/HTTPs、MQTT 系統升級 一些專有系統兼容性差、軟硬件升級較困難，一般很少
進行系統升級，如需升級可能需要整個系統升級換代 採用通用系統、兼容性較好，軟硬件升級較容易，且軟件系統升級較頻繁 運維管理 不僅關注互聯網所關注的問題，還關注對物聯網設備遠
程控制和管理 互聯網運維通常關注系統響應、性能 隱私問題 物聯網的很多應用都與人們的日常生活相關，其應用過程中需要收集人們的日常生活信息，利用該信息可以直接或者間接地通過連接查詢追溯到某個人 用戶網絡行為、偏好方面的信息 硬件平臺 硬件平臺複雜多樣，形態各異，性能和運算能力差異巨大 平臺比較單一，種類較少 安全環境 安全環境複雜，有室內、室外；有靜止、運動；有的監控，有的無人監控； 系統大多在受保護的環境中
2. 物聯網安全需求
2.1. 引言
物聯網新常態下安全的觀念和方向都要發生轉變。在傳統互聯網安全領域，我們強調對用戶進行強認證，對用戶的數據做加密，保障用戶在使用PC時的身份安全、應用安全、數據安全。而在萬物互聯時代，用戶卻不再是網絡的單一主體，而是網絡多個設備中一個普通的角色或者終端，每一臺設備都產生和傳輸數據，每一臺設備都成為了一個安全實體。如果仍以人員為安全管理的目標和基本單位進行管理，顯然安全保障的粒度和強度都不夠，已經不符合實際的安全需要，網絡安全從人員安全的時代開始轉向設備安全的時代。
在設備安全的時代，每一臺設備都將成為我們關注的目標，例如：每一臺設備的接入是否授權，網絡通信兩端的設備是否彼此應該信任，設備收集到的數據是否能夠安全存儲和傳輸，都是需要考慮的新問題。解決這些問題，實際是要從設備的角度來解決身份的認證問題，以及數據的保密性、完整性問題。我們也需要為設備建立一套網絡信任體系，將數字證書的發放對象由人擴展到設備，利用加密、簽名技術解決設備的強認證、完整、保密問題。
2.2. 隱私保護
物聯網時代對用戶而言最關切的問題還有隱私問題。隱私不僅體現在用戶在使用設備的過程中，還體現在用戶在維修設備時。同傳統的設備相比物聯網的設備存儲有更多用戶的私密信息，例如設備存儲了用戶的包含用戶名稱和電話號碼的賬號信息、通話記錄、聊天記錄、語音記錄、採購記錄、甚至信用卡信息等等。這些信息一旦洩露會對用戶造成不可預計的麻煩和後顧之憂。
2.3. 數據安全
物聯網時代的設備相當大量的設備暴露在沒有固定安全保護的環境中，因此對數據安全的要求與傳統的數據安全相比具有更苛刻的需求。除了傳統的數據保護措施外，物聯網時代的數據安全要具有一定的移動性和更高的對數據安全危害的抵禦能力。除此之外物聯網設備的設備種類複雜多樣，運算能力的差異導致在數據安全方案上需匹配多種多樣的設備。
2.4. 訪問控制管理
物聯網設備的設備另一大屬性是同一個設備會有不同的用戶，比如空調在家庭中是大家共有的，但每個家庭成員對空調的使用溫度是有不同喜好的。另外一個例子是諸如微波爐、電磁爐等設備對兒童而言具有一定的危害性，因此在家庭設備授權方面必須有很好的訪問控制管理。
2.5. 攻擊檢測及防禦
物聯網設備的攻擊檢測及防禦同互聯網時代的攻擊檢測及防禦相比，具有檢測更加困難、防禦更加嚴峻的特性。因為設備的分佈性、移動性、多樣性及協議的廣泛性比以往更加複雜。比如對監控攝像頭的攻擊由於操作系統的小巧和處於成本考慮使得攻擊更加容易，但攻擊證據和回溯會更加困難。因此選擇與設備的操作系統匹配的攻擊防禦措施顯得十分突出。
2.6. 通信安全
物聯網的通信安全必須能滿足多種通信協議要求，而不僅僅是滿足以太網或者Wi-Fi通信安全。物聯網的通信協議種類繁多，諸如藍牙、Wi-Fi、ZigBee、zWave等基礎通信協議。也有基於之上的CoAP、MQTT、HTTP等等。因此通信安全會更加複雜、通信安全在物聯網時代更加嚴峻。
3. 物聯網安全需求對操作系統要求
3.1. 引言
物聯網時代的設備與通信屬性與傳統互聯網相比，對操作系統的安全有特殊的需求, 基於對現有一流設備的觀察，構建安全設備更多的是一項科學，而非藝術。如果嚴格遵循眾所周知的原則和做法，構建安全設備是可重複的。物聯網對所有高安全性聯網設備必備的八個屬性：基於硬件的信任根、小型可信計算基礎、深度防禦、分區化、基於證書的身份驗證、安全更新和故障報告、防複製機制。
3.2. 高可靠高安全系統必備屬性
信任根是基於硬件的。單純的操作系統軟件對高安全設備而言是遠遠不夠的，硬件的防護可以檢測並減緩物理攻擊的危害，同時可以防止攻擊者重複使用某一攻擊手段。
可信計算基礎是最小化的。可信計算基礎的最小化在保證安全操作環境外，暴露給攻擊者的機會大大較少。
防禦是深度的。防禦必須是深度多樣化的，同時對攻擊造成的傷害必須可以採取減緩措施。
防護是分區化的。分區由硬件強制邊界提供保護，以防止一個軟件分區中的缺陷或漏洞傳播到系統中的其他軟件分區。
身份驗證是證書化的。證書是使用祕密私鑰簽名並使用已知公鑰驗證的身份和授權聲明。不同於基於共享機密的密碼或其他身份驗證機制，證書無法被竊取、偽造或用於驗證假冒者身份。
安全是可以更新的。即使在設備受到安全威脅後，具有可更新安全性的設備也可以自動更新到更安全的狀態。安全威脅不斷髮展，攻擊者不斷髮現新的攻擊媒介。為了應對新興威脅，必須定期更新設備安全性。在極端情況下，當設備的分區和分層受到零日漏洞的破壞時，較低的分層必須重建並更新系統較高級別的安全性。遠程證明和回滾保護可以保證一旦更新，設備就無法恢復到已知的脆弱狀態。沒有可更新安全性的設備存在潛在的危機。
安全是可以審計的。攻擊過程和破壞結果是可以記錄、可以追蹤的，達到事後審計效果。
系統影像是不可克隆的。系統不被克隆機制可以用來防止攻擊者採用重複的方法獲取系統信息，例如密鑰信息、密鑰機制及算法等。同時也可以防止系統被篡改。
4. UHomeOS安全方案
UHomeOS除了充分借鑑傳統互聯網的安全機制外，也充分實現和滿足了物聯網新的對安全的需求。具體為UHomeOS實現了安全的十大機制，即CPU模型是安全的、產品模型是安全的、認證模型是安全的、量產模型是安全的、售後模型是安全的、工具鏈模型是安全的、OS自身模型是安全的、信息交換模型是安全的、密鑰管理模型是安全的和算法模型是安全的。對於比較重要的安全模型描述如下：
4.1. CPU安全模型
CPU安全模型包括1）安全啟動即CPU啟動時，固件通過驗證操作系統的簽名來保證只有生產者認可的操作系統可以運行；2）防回滾保護即CPU可以防止低軟件版本下載和運行，其目的是一旦在操作系統在某一硬件版本入侵成功後，可以通過更改CPU硬件版本來防止入侵進一步發生；3）安全下載，只有生產商認可的操作系統方可以下載到硬件系統中；4）調試接口屏蔽與開啟即調試接口可以通過設置來開啟和關閉來保證系統的安全性；5）防止複製即操作系統的影像不可以被複制以防止固件系統信息和用戶信息洩露；6）硬件系統具備安全模塊能力比如硬件ID、硬件隨機數發生器、RSA公鑰散列發生器等。
4.2. 產品安全模型
產品安全模型包括1）產品身份識別即每個產品有唯一的識別碼；該唯一識別碼有助於追蹤設備運行狀況，防止設備被複制；2）影像防複製機制用來防止設備影像被複制，保護用戶數據隱私以及防止操作系統關鍵代碼篡改；3）深度防禦機制用來應對各種對操作系統的威脅，即使操作系統一部分受到攻擊其他部分應不受影響，同時合適和恰當的措施用來應對攻擊；4）安全系統更新即操作系統可以接受不斷更新，特別是成功的攻擊被發現後，操作系統的安全可更新機制保證系統免遭新的攻擊。
4.3. 系統量產安全模型
系統量產安全模型用來保證1）產線信息安全模型用來保證產線上的信息安全例如產品序列號、MAC信息等；2）產線密鑰安全用來保證密鑰管理的安全，防止密鑰洩露、丟失等。
4.4. 售後安全模型
售後安全模型指1）售後維修時操作系統信息是安全的、系統不被複制、篡改；2）用戶信息安全保證用戶在維護設備是用戶數據和信息是安全的。
4.5. 工具鏈安全模型
工具鏈安全模型包括1）安全下載即保證只有合法的操作系統影像才能下載到合法的硬件上；2）數據恢復安全保證用戶在維修設備時數據得到安全恢復；3）影像安全保證影像不被非法獲取和拷貝。
5. 結束語
物聯網仍然在如火如荼的處於快速發展當中，安全機制也會伴隨著攻擊者的進步而不斷進步。新的防攻擊機制，新的安全機制也會層出不窮。與此同時在物聯網建立起共同的安全機制顯得日益需要，因此組建共同的安全聯盟是下一步物聯網健康發展的推動力。