物聯網並不是淩駕於現有技術之上的顛覆性革命，而是當前高端技術的融合應用。物聯網的核心是網絡，是在互聯網基礎上的延伸和創新，所以，物聯網除了具有傳統互聯網所存在的安全問題之外，還具有一些與互聯網不同的特殊安全問題。物聯網的目標是實現萬物互聯，比傳統互聯網時代的信息量大得多，加之物聯網的應用領域和人們的日常生活息息相關，呈現大眾化、平民化的特征，因此，物聯網安全事故的危害遠遠超過互聯網。

    研究物聯網安全問題，要從其基本層次和架構開始，其感知層、網絡層和應用層時刻麵臨著安全隱患。設計物聯網的安全係統不能一概而論，要從各個層麵可能出現的威脅出發，利用不同的設備和技術，有針對性地進行防禦和反治；此後再從整體出發，找出各種安全係統存在的共性，將其看成一個大的體係，實現對物聯網安全問題的總體把握。

    1.保護感知層：射頻識別係統的控製與加密

    感知層處在物聯網結構的最底層，包括射頻識別技術、條碼識別技術、圖像識別技術以及各種網絡和路由技術。其中，射頻識別技術的安全尤為重要，使用該技術的智能機車係統，可以利用終端自由的開關門，在百米之內了解汽車的安全情況。但這看似精密的係統也很容易產生漏洞，優秀的黑客可以通過監聽終端設備的通信信號加以模擬，複製出同樣可以打開車門的電子鑰匙。同理，安置在我們家庭的、方便我們生活的智能監控設備和傳感器也很可能會被人利用，比如監控我們的生活，甚至在網上泄露我們的隱私，這是相當可怕的。那麽，怎樣了解射頻識別攻擊，又怎樣防禦和反製呢？

    黑客攻擊射頻識別係統的目的主要有獲取信息、非法訪問、篡改數據和擾亂係統，攻擊方式也是多種多樣，有被動攻擊、假冒攻擊、病毒攻擊和破壞性攻擊。當然，無論黑客使用何種方式攻擊，都是針對射頻識別係統所存在的缺點和漏洞進行的：一是射頻標簽，該組件為了滿足需求，必須要具備低功耗、低成本的特點，加之使用環境難以控製，就很容易被黑客偽造、篡改和實施破壞；二是閱讀器，該組件的可控性差，容易被人盜竊、複製和濫用，而且閱讀器的軟件需要定期升級，如果不加以保護，很可能會被盜取密匙。

    因此，我們在設計射頻識別係統的時候，一定要考慮以下幾個技術方麵的問題：一是算法複雜度；電子標簽的一大特點就是快速讀取，這要求算法要在保證安全的同時，不占用過多的計算周期，也就是不能使用高強度加密算法，無源電子標簽的內部最多有2000個邏輯門，而普通的DES算法需要20000個邏輯門，即便是輕量級的算法，也需要3500個邏輯門，如何選取合適的算法，是一個重要研究課題；二是密匙管理，在射頻識別係統中，無論是門禁管理還是物流，其電子標簽的數量都是100起步，如果將每個電子標簽的密匙設置成惟一，在增強了安全的同時，也增大了管理的難度，反之，如果同係列商品的密匙都相同，那麽，當一個密匙被竊取，那與之相關的所有商品都會受到威脅。除了以上需要考慮的方麵外，對傳感器、射頻標簽、讀寫器等設備的物理保護也是非常有必要的。

    目前，關於射頻識別技術的安全研究成果主要有訪問控製和數據加密。

    第一，訪問控製。主要目的是防止隱私的泄露，使射頻標簽中的數據不被輕易讀取。訪問控製設計的技術主要有標簽失效、天線能量分析、法拉第籠和阻塞標簽。這些方法實施簡單，缺點是針對性強，不能普遍適用。

    （1）標簽失效及類似機製。有的不法分子在購買商品時往往會尋找射頻標簽，因為撕下後就可以騙過警報器，從而順利將商品帶走。為了解決這一問題，很多射頻標簽被嵌在了商品內部，人力幾乎無法移除。不需要該標簽時，還可以通過“KILL”命令使其芯片進入睡眠狀態。即便遇到退貨、返倉等情況，射頻標簽還可以被係統重新激活讀取。

    （2）阻塞標簽。該標簽可作為有效的隱私保護工具，它能在受到閱讀器的監測命令後，幹擾係統的防衝突協議，使閱讀器周圍的其他合法標簽無法進行回應。該方法的優點是不需要射頻標簽進行修改，也不用執行運算周期。

    （3）法拉第籠。就是將射頻標簽的周圍用金屬網或金屬片包裹起來，從而屏蔽黑客的無線電信號，防止第三方非法閱讀射頻標簽的信息。

    （4）天線能量分析。該係統的理論基礎是：合法閱讀器離標簽很近地概率較大，而惡意閱讀器離標簽通常很遠。因為信號強度隨著距離的增加而減弱，而信噪比逐漸降低，這樣，射頻標簽就可以智能地估計閱讀器的距離。對於近距離的閱讀器，該標簽會告知自己惟一的ID，反之則拒絕被讀取。

    第二，數據加密。密碼技術不僅可以實現隱私保護，還可以保證射頻識別係統的完整性和真實性。密碼技術有普及性，在任何射頻標簽上都可以進行，難點就是平衡密碼強度與成本功耗的關係。目前，最常用的集中密碼技術解決方案如下：

    （1）HASH鎖協議。在最初階段，每個射頻標簽都有一個惟一的ID，並製定一個隨機的鑰匙（KEY值），計算META ID--003dKEY，然後將ID存儲於標簽中。其認證過程如下：

    圖8-1-1 HASH鎖協議的認證過程

    由上圖我們可以看出，協議認證過程是這樣的：閱讀器監測讀取標簽，標簽感應到信號後響應META ID。同時，閱讀器從數據庫中調出與該ID對應的KEY並傳輸給標簽，標簽確認無誤後將惟一的ID發送給閱讀器。該協議的優點就是運算量小、數據查詢響應快，缺點就是標簽容易被跟蹤和克隆。

    （2）隨機HASH-LOCK協議。該協議采用隨機數的詢問和應答規則，射頻標簽除了基於HASH的函數外，還存在偽隨機數生成器，而後端數據庫用來存儲所有標簽的ID。其基本工作原理是：閱讀器訪問標簽，標簽隨機返回一組數值，閱讀器會根據數值到數據庫中搜索，獲得正確的ID。該協議采用的是隨機數的方式，每次響應都發生變化，安全性相對HASH鎖有所增強；缺點就是增加了HASH、函數運算，功耗和成本上升。

    （3）移動型射頻識別密匙協議。該協議要求在射頻標簽內部安置一個HASH函數，存儲ID和一個秘密值S，並和數據庫實現共享。該協議的執行步驟為：①閱讀器向標簽發送監測和讀取命令；②標簽將ID返回；③閱讀器生成一個隨機數發送給標簽；④標簽計算HASH，得出結果後，通過閱讀器傳輸到數據庫；⑤數據庫搜索所有標簽，並進行運算匹配，找到相同值之後就把正確的標簽ID發給閱讀器。該協議的安全性和機密性得到了保證，缺點就是密匙管理難度加大。

    （4）基於HASH的ID變化協議。該協議基於HASH鏈接協議，在每一次認證過程中，與閱讀器交換的信息都會改變。在初始狀態，射頻標簽內存有ID、上次發送序號（TID）、最後一次發送序號（LST），而後端數據庫中存儲H（ID）、TID、LST和AE，其中，TID--003dLST。其協議執行步驟為：①閱讀器向標簽發送監測和讀取命令；②射頻標簽將自身的ID加1並保存，並將H、△TID--003dTID-LST、H（TID||ID）分別計算出來，並發送給閱讀器；③閱讀器將三個數值轉發給數據庫；④數據庫根據H搜索標簽，找到後，計算出TID，然後計算H（TID||ID），並與接收到的標簽進行比對認證，通過後，向計算結果發送給閱讀器，閱讀器再轉送給標簽；⑤標簽利用自身存儲的ID、TID以及各種計算數值，分析閱讀器與數據庫發送的數值是否相等，相等則通過認證。該協議比較複雜，優點是避免了追蹤和第三方監控；缺點是對環境依賴較大，容易受到其他信號的幹擾。

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