浅谈物联网的工程设计与实施

刘阳鑫 王艺霖 杨帆

摘要：物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展，是把新一代IT技术充分运用到各行各业中。具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”的状态。但是，目前物联网的标准尚未成形，如何设计和实施物联网工程成为了制约物联网企业和高等院校发展的瓶颈。

关键词：物联网，万物互联，功能缓存

现阶段物联网面临的问题有很多：

1.物联网的政策和法规

物联网不是一个小产品，也不是只是一个小企业可以做出来，做起来，它不仅需要技术，它更是牵涉到各个行业，各个产业，需要多种力量的整合。这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策和法规，保证行业的正常发展。

2.技术标准的统一与协调

物联网发展过程中，传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现，可能会采用不同的技术方案。如果各行其是，那结果是灾难的，大量的小而破的专用网，相互无法连通，不能进行联网，不能形成规模经济，不能形成整合的商业模式，也不能降低研发成本。因此，尽快统一技术标准，形成一个管理机制，这是物联网马上就要面对问题。

3.管理平台的形成

物联网的价值在什么地方？在于网，而不在于物。传感是容易的，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。因此，建立一个全国性的，庞大的，综合的业务管理平台，把各种传感信息进行收集，进行分门别类的管理，进行有指向性的传输，这就是一个大问题。一个小企业甚至都可以开发出传感技术，开发出传感应用。但是一个小企业没有办法建立起一个全国性高效率的网络。

4.安全体系的建立与形成

物联网目前的传感技术主要是RFID，植入这个芯片的产品，是有可能被任何人进行感知的，它对于产品的主人而言，有这样的一个体系，可以方便的进行管理。但它也存在着一个巨大的问题，其他人也能进行感知，比如产品的竞争对手，那么如何做到在感知、传输、应用过程中，让这些信息仅为我所用，卻不被别人所用。这就需要在安全上下功夫，形成一套强大的安全体系。安全问题解决不好，有一天可能有价值的物联网会成为给竞争对手提供信息方便的平台，那么它的价值就会大大的打折扣，也不会有企业愿意和敢于去使用。

5.应用的开发

物联网的价值不是一个可传感的网络，而是必须各个行业参与进来进行应用，不同行业，会有不同的应用，也会有各自不同的要求。这些应用开发不能依靠运营商，也不能仅仅依靠所谓物联网企业，因为运营商和技术企业都无法理解行业的要求和这个行业具体的特点。一个物联网的体系基本形成，需要一些应用形成示范，更多的传统行业感受到物联网的价值，这样才能有更多企业看清楚物联网的意义，物联网有可能带来的商业价值，也会把自己的应用与业务与物联网结合起来。

下面从物联网工程安全方面的角度进行分析与总结：

高德纳咨询公司最近的报告预测，到 2020 年，全世界将有 200.4 亿的物联网设备相互连接，且平均每天约还有 550 万设备连接到整个网络中来。此外，到 2020 年时，新增的商业设备和系统中将会有超过一半会包含 IoT 组件。IoT设备受到网络攻击的风险伴随着设备数量的增长而不断增加，因此在设计产品时就必须考虑到系统的安全。

日益增长的安全威胁

最近几年，许多广为人知的网络攻击已经表明了缺乏 IoT 安全所能导致的威胁，其中最著名的攻击可能是 “Stuxnet 蠕虫病毒” 攻击。Stuxnet 蠕虫病毒有针对性地攻击伊朗的铀浓缩设施的工业可编程逻辑控制器（PLC）。专家认为，Stuxnet 蠕虫病毒至少攻击了超过 1000 台的离心机，这些离心机通过广域网（WAN）连接到了运行 Windows 操作系统的工业可编程逻辑控制器上。

即使你实施了一定的 IoT 安全措施，你所连接的小工具也可能成为犯罪分子攻击的媒介。攻击者能够利用的联网设备非常之多，甚至包括 DVR、相机等。

确保物联网安全

确保物联网设备安全是一件非常棘手的事。由于物联网设备的形状、尺寸和功能通常会大相径庭，因此传统的端点安全模型显得有些不切实际。

由于有如此多的资源受限的设备，网络管理员几乎不可能知道所有设备的运行情况。此外，还有一些情况甚至更复杂 —— 许多 IoT 设备具有非常长的生命周期却几乎没有任何安全机制，例如商业或工业中的温度传感器。由于许多设备使用的是非标准的或者历史遗留的通信协议（例如 M2M），它们很难被大多数安全设备识别。

物联网安全六大关键技术

由于物联网安全的挑战不断加大，因此需要技术和生产同时来解决这些问题。下面列举了六个提升 IoT 安全性的关键技术。

1.网络安全：IoT 网络现在以无线网络为主。在 2015 年，无线网络的流量已经超过了全球有线网络的流量。由于新生的 RF 和无线通信协议和标准的出现，这使得 IoT 设备面临着比传统有限网络更具挑战性的安全问题。

2.身份授权：IoT 设备必须由所有合法用户进行身份验证。实现这种认证的方法包括静态口令、双因素身份认证、生物认证和数字证书。物联网的独特之处在于设备（例如嵌入式传感器）需要验证其他设备。

3.加密：加密主要用于防止对数据和设备的未经授权访问。这一点估计有点困难，因为 IoT 设备以及硬件配置是各种各样的。一个完整的安全管理过程必须包括加密。

4.安全侧信道攻击：即使有足够的加密和认证，IoT 设备也还可能面临另一个威胁，即侧信道攻击。这种攻击的重点不在于信息的传输工程，而在于信息的呈现方式。侧信道攻击（SCA）会搜集设备的一些可操作性特性，以进一步获取其它的价值。

5.安全分析和威胁预测：除了监视和控制与安全有关的数据，还必须预测未来的威胁。必须对传统的方法进行改进，寻找在既定策略之外的其它方案。预测需要新的算法和人工智能的应用来访问非传统攻击策略。

6.接口保护：大多数硬件和软件设计人员通过应用程序编程接口（API）来访问设备，这些接口需要对需要交换数据（希望加密）的设备进行验证和授权的能力。只有经过授权，开发者和应用程序才能在这些设备之间进行通信。

总结

由于 IoT 设备的快速增长以及这些设备之间无线连接所带来的挑战，产品设计者必须重视网络安全问题。这里介绍的七个关键的 IoT 安全技术是传统方法与最新方法的结合，是与工具的结合，最终以确保 IoT 的真正安全。