物联网安全技术篇(1)

关键词：物联网；无线传感器网络；安全；密钥管理

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2012）12-0020-03

Wireless sensor network security technology in Internet of Things

LIU Ming-jun1，2

（1.School of Electronic Engineering， Xidian University， Xi’an 710071， China； 2. Unit 95844 of PLA， Jiuquan 735018， China）

Abstract： The Internet of Things is known as the third wave of the information revolution， and its development has huge social and economic benefits. With the successful application of the Internet of Things in various fields， the security problem has become increasingly apparent. Wireless sensor networks， which play an important role in linking traditional network in Internet of Things， have prominent security problems. Through the analysis of the structure， characteristics of the wireless sensor network， the paper analyzes the security challenges IOT facing， and studies key security technologies.

Keywords： Internet of Things； wireless sensor networks； security； key management

0 引 言

最近几年，物联网之所以能成为研究的热点，究其原因：一是物联网是新一代信息技术的重要组成部分，将对社会的发展起到推动作用；二是物联网的应用将产生巨大的经济效益，据有关专家估算，物联网的产值将达到万亿级别。

伴随着物联网在各个领域的成功应用，物联网的安全问题也变得越来越重要，由于无线传感器网络（WSN）在物联网体系中担当着链接传统网络的重任，因此其安全问题尤其突出。可以说，不解决安全问题，物联网是没有明天的。

1 WSN的结构特点

1.1 WSN的结构

WSN以感知为目的，通过各种方式将节点部署在被感知对象的内部或附近，获取物理世界的各种信息。被部署的节点通过自组织方式构成的网络，其节点中集成有传感器、数据处理单元和通信单元。WSN借助于节点中的传感器来测量周围环境，可以探测温度、湿度、噪声、速度、光强度、电磁波等各种环境参数。

WSN在物联网中的作用就像一个虚拟的皮肤，它能感受到一切物理世界的信息，并与观察者分享这些信息。

一个典型的WSN体系结构如图1所示。

图1 无线传感器网体系结构图

该体系包括分布式传感器节点、目标节点（sink）、Internet和用户端。sink也就是数据中心，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，可连通传感器网络与外部网络，从而实现协议栈之间的通信转换。每个散布在网络中的节点通过多跳路由的方式将感知数据传送到sink，用户可以通过Internet或者卫星与sink进行通讯。

1.2 WSN的网络特征

为了使WSN成为物联网的一个内在组成部分，通常需要考虑各种挑战，包括从适应现有的互联网标准到互操作的协议创造和发展以及支持机制等。其中的挑战之一就是安全性，主要是因为WSN不能够直接适用于现有以Internet为中心的安全机制。无线传感器网络有其固有特性。

（1） 资源更有限。由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力比普通的计算机功能要弱很多。

（2） 网络规模更大，覆盖更广。为了获得精确的信息，通常会在被监测区域部署大量的传感器节点，传感器节点的数量数以万计，节点的分布更加密集。

（3） 网络自组。网络的布设和展开不依赖于预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，自动组成一个独立的网络。

（4） 能量更有限。由于受到硬件条件的影响，无线传感器节点一般采用电池供电，电源能量更加有限，因此，无线传感网络节点的通信距离更短，通常只有几十米。

（5） 干扰更强。相对于传统网络，无线传感器网络的工作环境更加恶劣，再加上传感器节点分布更加密集，其环境噪声干扰和节点之间的干扰更强。

（6） 多跳路由。网络中节点的通信距离有限，节点只能与它的邻节点直接通信。如果希望与其传输覆盖范围之外的节点进行通信，就需要通过多跳路由进行通信。多跳路由是由普通网络节点完成的，没有专门的路由设备。因此，网络中的每个节点，既是终端又是路由器。

（7） 动态拓扑。无线传感器网络拓扑结构会随着时间的推移发生改变，主要是因为节点可能会因故障失效。由于监测区域的变化，新节点会添加到现有的网络中，因此，无线传感器网络具有动态拓扑重构功能。

（8） 无线传感器网络是一个以数据为中心的网络。它不像传统的网络那样以连接为中心，而是以数据为中心的网络，因此，需要节点进行数据聚合、融合、缓存和压缩等处理。

2 WSN各层主要面临的安全挑战

WSN的协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应。WSN面临的安全问题也就是协议栈中各层面临的问题。

2.1 物理层

物理层主要负责载波频率的产生、信号的调制和解调等工作。物理层中的安全问题主要是干扰攻击和节点俘获。干扰攻击是指干扰WSN中节点所使用的无线电频率。节点俘获是指攻击者捕获节点，知道节点上所保存的任何信息，从而代替这个节点进行通信。

2.2 数据链路层

数据链路层主要负责媒体访问和错误控制。在介质访问控制协议中，节点通过监测邻近节点是否发送数据来确定自身是否能访问通信信道，这种载波监听的方式容易遭到拒绝服务攻击（DoS）。DoS是指当存在网络流量冲击或者外界恶意攻击时，可能产生“雪崩”效应，此时网络性能急剧下降，甚至会由于网络拥塞导致停止服务。

2.3 网络层

网络层主要负责路由的发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。针对路由的攻击可能导致整个网络的瘫痪。针对网络层的攻击方式有伪造路由信息、选择性转发、黑洞攻击和Sybil攻击。

2.4 传输层

传输层主要负责将无线传感器网络采集的数据提供给外部网络。泛洪攻击和异步攻击是针对这个层次的主要攻击手段。

2.5 应用层

应用层主要负责实现特定应用所需的功能，如将采集的数据进行融合处理及其他应用任务。应对这个层的攻击一般可根据具体任务而定。

3 WSN中的安全技术

面对WSN中出现的种种安全问题，主要可采用以下几种技术予以解决：

（1） 入侵检测技术。入侵检测可对网内的节点行为进行监测，及时发现可疑节点行为。入侵检测系统基于一个合理假设：恶意节点的行为与网内其它节点存在明显的不同，以至于入侵检测系统可以根据预先设定规则将其识别出来。

（2） 干扰控制。干扰控制用于对付无线电干扰攻击。由于敌人无法进行长期持续的全频攻击，所以，通信节点可以采取跳频传输和扩频传输的方法来解决信号干扰攻击。

（3） 安全路由。根据不同应用的特点，制定合适的安全路由协议，以保证数据安全地到达目标节点，同时尽可能少地消耗节点资源。安全路由技术中广泛采用SPINS安全框架协议，包括SNEP协议和?TESLA协议，其中SNEP协议用以实现通信的机密性、完整性、新鲜性和点到点的认证，?TESLA协议用以实现点到多点的广播认证。

（4） 密钥管理。密钥管理是无线传感器网络关键安全技术的核心，主要有四种密钥分布协议：简单密钥分布协议、密钥预分布协议、动态密钥管理协议、分层密钥管理协议。简单密钥分布协议网内所有节点都保存同一个密钥用于数据的加解密，其内存需求是所有密钥管理协议中最低的，但是它的安全性也最低。密钥预分布协议中的节点在被部署到监控区域前，将被预先载入一些密钥。当节点被部署好后，传感器节点通过执行共享密钥发现过程来为安全链路的形成建立共享密钥。动态密钥管理协议可以根据用户要求周期性地改变节点的管理密钥，使用动态密钥管理协议可以改善网络面临攻击时的生存性。分层密钥管理协议采用LEAP协议，是一种典型的确定性密钥管理技术，使用的是多种密钥机制。LEAP在每个节点上维护四个密钥：分别是基站单独共享的身份密钥（预分布）、网内节点共享的组密钥（预分布）、邻居节点共享的邻居密钥以及簇头共享的簇头密钥。

（5） 密钥算法。密钥算法主要包括对称密钥算法与非对称密钥算法，非对称密钥算法主要有Rabin’s cheme、NtuEncrypt、RAS和椭圆曲线算反ECC，对称算法主要有Skipjack和RC5。相比较而言，对称密钥算法与非对称密钥算法相比具有计算量小、代码短和能耗低的特点，因此，对称密钥算法在WSN应用较广。

（6） 数据融合。数据融合是节省能量、增强所收集数据的准确性以及提高数据收集效率的重要手段。数据融合主要有两种方式：一种是在发送节点和汇聚节点之间使用端到端的加密方式，汇聚节点先对收到的数据进行解密，然后再进行数据融和；另一种方法是对密文数据直接进行数据融合，这要求加密时采用特定的数据转换方法。

WSN协议栈中各层所面临的安全问题一般不是采用单一安全措施就可以解决的，往往需要多种措施并用。协议栈中各层采取的安全技术如图2所示。

4 结 语

WSN虽然出现得较早，但对它的研究也是随着物联网概念的兴起才成为热点。事实上，WSN网络还不成熟，安全漏洞很多。研究者应该为它们制定相应的安全协议，并尽可能地减小安全技术所引入的副作用，促进WSN健康发展。

图2 无线传感器网中安全技术与网络层次关系图

参 考 文 献

[1] ROMAN Rodrigo， ALCARAZ Cristina. Key management systems for sensor networks in the context of the Internet of Things [J]. Computers and Electrical Engineering ， 2011（37）： 147-159.

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[3] CHRISTIN D， REINHARDT A， MOGRE P， et al. Wireless sensor networks and the Internet of Things： selected challenges [C]// Proceedings of the 8th GI/ITG KuVS Fachgesprach Drahtlose Sensornetze. Hamburg： FGSN， 2009： 11-20.

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[6] 唐尧华，黄欢.物联网安全关键技术研究[J].河北省科学院学报，2011，28（4）：49-52.

[7] 李振汕.物联网安全性研究[J].技术研究，2011（4）：75-77.

[8] 朱政坚.无线传感器网络安全关键技术研究[D].长沙：国防科学技术大学，2010.

物联网安全技术篇(2)

【关键词】信息工程；安全监理；物联网技术

0.前言

伴随物联网技术的飞速发展，物联网整体安全问题逐步成为未来广泛应用、持续优化进程中一类不容忽视的重要问题。物联网发展至高级水平，其场景中各类实体均包含一定程度的感知、运算、分析以及执行功能。倘若该类感知设备普遍应用，便会对我国的基础建设、社会活动以及个人机密信息安全形成全新的影响威胁。为此做好信息工程安全监理尤为重要，只有科学应用物联网技术，构建信息安全交互模型、体系架构，方能激发物联网技术核心优势，确保安全应用实践，提升综合安全水平，并实现全面、持续发展。

1.物联网技术内涵

物联网技术在信息工程安全监理系统中发挥了重要的应用价值，为系统网络化的重要核心。该项技术借助网络平台，应用统一一致物品编码手段、射频识别处理技术以及无线通信手段，可对广阔范畴之中，甚至是全球范围中的各类单件产品进行追溯以及有效跟踪。应用物联网技术手段，可由工程项目的招标环节开始直至工程管理验收环节，对各类应用设施器具设置EPC标志，并应用无线射频手段，传输信息工程各个阶段的价值化咨询信息至网络系统中，进而令监理人员仅依据EPC标签，便可获取产品各阶段包含的信息，进而判定其生产加工直至成品的流程阶段中包含的潜在威胁以及不安全因素。由此可见借助射频识别技术，进行有用信息数据的全面采集分析与汇总，科学应用移动计算手段以及数据库系统设计便可有效对信息工程进行安全管控监理，并做好数据判断辨析，提升综合安全水平，强化实践工作效率。

2.信息工程安全监理科学创建物联网架构体系

信息工程安全监理主要负责信息化工程建设服务、运行升级与优化改造阶段中从事的信息安全有关监督管理活动。

目前，我国信息工程监理框架体系的创建基于IT市场构成了独立体系中的两个层次。应用物联网现代化技术可令信息工程发展建设中包含的安全隐患问题以及存在的风险事项快速的传达至业主，并有效的疏导业主方以及承建方的相关争议与矛盾问题。核心工作内容便是对包含的信息安全相关问题实施风险分析并做好优化管控。信息工程安全监理创建物联网体系架构应涵盖四类组成内容。具体包括物联网系统架构、安全监理平台、监督管理系统以及中间结构体系。信息工程安全监督管理物联网体系架构主体就信息化应用发展过程中安全监督管理涉及范畴广泛、管控指标内容丰富、需连续性实践等具体特征，采用物联网手段技术完成对信息化项目工程的优化改造、建设调节，并实施安全问题管理监视。具体工作内容则涵盖对生产实践场景、环境做好检测监督、进行生产员工安全行为测试管控，并就特定生产物品的整体安全性进行管理监督，重点监视控制人流相对密集的方位，同时做好重要生产设施、以及设备的管理，完善安全事故应急管理阶段中各类场景资讯、人员与物品综合信息的汇总搜集等。

3.物联网技术信息交互安全问题

伴随物联网技术应用服务范畴的持续拓宽，感知网络应对处理的信息呈现出更为多元化的态势，甚至涵盖政府管理、国防建设、军事服务以及金融市场等较多领域。

由此引发的信息安全问题则需要我们重点关注，有效解决。基于网络以及节点有限资源的总量限制，相对来讲较为成熟应用的安全监理措施方案常常不能直接用在物联网感知系统中。为此，研究人员探讨了更为丰富的安全管理方案。例如应用加密技术、安全路由管理协议、管控存取以及数据融合技术等，提升物联网技术应用安全水平。数据加密应用阶段中，基于网络节点存储、分析以及能量的有限，较多手段应用相对简单加密算法。数据加密应用技术中密钥管理尤为重要，其担负着密钥的形成、分发以及保管、更新与处理等任务，在全局预制应用方案的基础上，我们可依据无线感知系统网络结构体系、节点规划以及安全管理需求，创建更为丰富的密钥管理策略。

例如应用预分布处理方案，可在脱机状态下形成一定容量密钥池，各个节点则可随机由其中获取密钥成为密钥环，完成网络系统的规划部署之后，则只需节点包含同对密钥便可应用其组建安全通道。为优化提升物联网架构体系安全能力水平，可进一步优化更新技术方案。可将节点公钥数量扩充，进而令网络攻击影响变得更为困难，进而确保信息安全，优化监理管控。另外，可配设安全路由，科学应对节点、汇聚方位安全问题，确保高效准确的实现信息数据的传输应用。基于无线感知系统网络体现了节点对等以及多跳传输的实践特征，倘若攻击方进行恶意节点布设，便较易形成路由篡改、选择转发影响，导致黑洞以及蠕虫病毒感染问题。为此，应依据无线感知体系网络特征以及物联网技术应用需要，分析制定合理的安全路由应用协议，可应用冗余路由同相关认证机制预防网络不良攻击影响，提升物联网系统技术综合安全水平。

数据融合为物联网交互以及信息感知的核心手段，倘若其中节点被不良俘获，便较易导致融合节点无法分清正常信息以及恶意数据的问题。尤其对融合节点影响攻击，不仅会对下游节点信息形成不良破坏，还会对发送至汇聚节点信息形成负面影响。为此，物联网数据融合阶段中应全面考量信息安全应用问题。可创建良好的融合管理机制，通过随机抽样以及数据信息的互相验证，令用户位于节点遭遇捕获状况，仍旧可判定汇聚节点信息数据安全有效性。

基于节点隐私的暴露，会对检测管理目标整体安全性形成不良影响。为此应创建物联网有效安全保护以及信息存储管控机制。可应用定位协议，利用可信定位确保节点获取正确位置信息，预防不准确定位导致的负面影响，进而全面提升物联网交互以及感知信息综合安全水平，创建优质发展环境。

4.结语

总之，信息工程安全监理物联网技术的应用尤为重要，我们只有明确技术内涵，开创安全信息交互、感知环境，方能激发物联网技术核心优势，提升安全监理水平，实现持续发展与优化提升。 [科]

【参考文献】

物联网安全技术篇(3)

关键词：物联网；煤矿安全；应用与发展

【中图分类号】 TD76【文献标识码】 A【文章编号】 1671-1297（2012）11-0344-01

一前言

物联网技术的出现为保障煤矿安全生产又增加了极为重要的砝码，作为现在无时无刻强调“安全重于泰山”的大中型煤矿而言，物联网系统是否建立更是践行安全生产理念的重要明信片。笔者在我集团煤炭企业供职多年，亲眼见证了企业安全生产监测系统从完全人为监管到现在智能化监管的华丽转身，更对煤炭事业未来的蓬勃发展充满了信心。

二物联网及其在煤矿安全中的应用概述

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，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，物联网的定义是通过视频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，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，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

由上述概念不难发现，物联网技术的出现，无疑为煤炭开采这一高危行业构建更为完善、安全的监控体系提供了科技支持。原来的煤炭企业，开采效率低，工作环境恶劣，极易引发事故却不能保证及时有效的救援（因为很难进行实时监控和危情预判，更无法精准锁定事故区域），给安全生产工作带来了极大障碍。物联网技术的出现掀开了科技发展推动煤炭企业安全生产的崭新一页，为及时发现并消除安全隐患，高效精准处理安全生产事故提供了技术保证。如我集团部分煤矿已经引进并发挥了较大作用的KJ222（A）人员定位系统等，都是信息时代科技成果与煤矿安全生产相结合的体现。

三物联网技术在煤矿安全中的实际应用

近年来，随着无线远程视频监控技术以及物联网技术的不断发展和成熟，部分煤炭企业正积极响应党和国家的指导思想，紧紧抓住煤矿安监技术创新这一趋势，结合自身实际情况充分利用新技术，努力提高企业安全生产的防范能力，提升企业生产管理经营效益。

1.矿山综合信息化系统。

煤矿矿区综合信息化系统是将先进的自动控制、通信、计算机、信息和现代管理等技术相结合，将企业生产过程的控制、运行与管理作为一个整体，提供解决方案，以实现企业的优化运行、控制与管理，从而提高企业核心竞争力。综合自动化是煤矿实现高产高效的有效手段，对提高煤矿的生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用。

权威资料显示，很多有条件的矿山都开始逐步建立了安全生产物联网应用“E矿山管理系统”，该系统有出煤量查询、矿井视频监控、报表发送、人员定位、安全信息报警等功能，可以将井下人数据监测、视频等信息实时传输到管理人员的手机终端，在煤矿管理人员不在现场的情况下，也可以利用手机实时掌控矿井产运销等环节，了解矿井运行情况，及时发现和清除生产过程中的危险源，提高煤矿管理安全水平。

2.矿井人员定位安全管理系统。

该系统的工作原理是应用射频识别技术及计算机能讯技术，在井上调度室设置中心控制计算机系统，在井下相关位置布置矿用人员定位分站，同时在需要精确定位的区域布置矿用射频定位器。定位分站和中心控制计算机系统之间车辆、设备等目标分别携带矿用人员定位射频卡之间的无线通讯，实现对被识别对象的目标定位和无线寻呼。

四物联网技术在煤矿安全中的作用

煤炭开采行业本身是一个高危行业，多年来，全国各地煤矿瓦斯爆炸、透水等相关事故时有发生。物联网技术的产生并在煤矿进行应用的最大作用就是提高煤矿的安全系数，为安全高效生产提供技术保障。

1.物联网技术可以起到预防、监控作用。

利用物联网技术可以有效地监控、预防、预测事故，将事故的损失降到最低，真正实现安全生产。如何加强煤矿安全生产管理模式，实现管理的现代化、信息化成为煤矿企业关心的问题。基于矿区信息化和智能化的“感知矿山”就是物联网技术成功应用在煤炭行业很好的例证。“感知矿山”通过全面感知，对矿区的人（人员定位、无线通信）、设备（综合自动化）、环境（安全监控、矿压监控等）全面感知，并通过高速网络实现全面覆盖，同时还具有直观形象的应用，通过3D GIS矿区全息展示，来全面感知矿山。

2.提高煤炭企业安全管理水平。

物联网技术可用于煤矿（地面、井下）安全生产、煤炭行业综合信息化等，不仅提高矿山的安全管理水平，更多的是涉及到生产，如利用信息技术、网络技术以及传感网络对矿区煤运皮带、煤仓、洗煤厂、水仓、变电站等各个生产相关设备系统的感知和控制，在很大程度上提升了矿区的自动化生产能力，是“两化”融合的典范。同时，通过网络化可实现矿井目标定位安全管理信息的充分共享，为矿井各部门及上级各层领导及时提供实时监测信息与历史信息，为决策提供重要依据。

五结论及建议

对于煤炭企业而言，数字化意味着安全和高效。物联网技术缔造煤炭企业安全生产新纪元的同时，笔者认为，煤炭企业还应当与移动通信行业、研发能力较强的科研院校积极展开合作，并依托自身的技术人员，根据矿井安全生产实际，自主设计、综合开发利用信息化系统。可以想见，随着现代科技的发展，更多的煤炭企业将在安全生产事故防范上利用更多的新技术，逐步完善企业安全规范，进一步提高煤炭企业安全系数，开创煤炭企业和谐发展的新局面。

参考文献

[1]梁久祯.无线定位系统（物联网工程与技术规划教材）[M].北京：电子工业出版社，2013

物联网安全技术篇(4)

[关键词]物联网；安全技术；入侵；数据；加密

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.04.098

[中图分类号]TP393.08 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）04-0-02

0 引 言

物联网是通过采用现代感知技术和终端智能设备对物理目标进行感知识别、信息采集，然后将采集的数据进行计算和处理，通过专业通讯网络与传统网络的互联互通，实现与物理目标信息交流的网络。广义上的物联网指的是能够实现各种网络之间、网络和人之间的信息交换的“未来的互联网体系”；狭义上的物联网可以理解为一个通过传感器和网路链接的物体与物体之间的信息传输的网络，其中既包括互联网，也包括局域网。物联网是一个新兴事物，目前对于物联网的认识和研究还处于初级阶段，本文主要讨论其中的安全技术问题。

1 物联网安全框架建设

物联网网络架构分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层实现对目标的智能感知识别和数据收集与传输。感知层包括RFID（射频识别）电子标签及其读写器、摄像头、GPS定位终端设备、传感器、M2M（设备到设备）终端、传感器网络及其网关等。

物联网进行数据传输的关键部分就是网络层，网络层控制所有数据的收集和传输。网络层能够实现传统（移动通信网、万维网和广电网等）和现代通信的融合。三层架构的最上一层是应用层，主要负责前端数据的采集。主要设备的功能是信息的显示、加工及控制，是物联网实际应用的具体体现。物联网体系框架图如图1所示。

研究者经过多年研究发现，物联网中与安全性密切相关的主要有以下三个特性：①可跟踪性。可跟踪性指的是在任何时候都可以获取物品的精确位置和在物联网中坐标，进一步可以获取周围的环境信息。这一特点在航空物流中的应用较为成熟，航空公司通过射频识别技术将乘客和行李建立联系，乘客通过该系统完成对行李的定位。②可监控性。可监控性是物联网的一个创造性发明，能够通过对物品的监控实现对人类行为的判断。该特性在防止酒驾方面有较大的发展空间，如果将车辆发动和驾驶员的清醒程度或者身体酒精含量相联系，并完成控制，就能达到酒后不开车的目的。③可连接性。物联网是一个开放的系统，可以与传统的通信网络和广电网络等相连接。这一点在食品流通环节全监控和老年人身体状况监控方面具有极大的市场。

2 物联网安全问题研究

物联网获得广泛应用的同时，安全性问题不容忽视，从物联网的组织和构成来看，物联网可以看作是较为专业的通讯网络与传统通讯网络如移动通讯网络、电信网络、广电网络、互联网络等的融合，因此，物联网的安全问题既有来自传统网络的已知和未知的安全威胁，也有来自物联网前端网络即专业通讯网络的安全威胁，这里主要讨论来自物联网前端网络的安全威胁，主要有以下几方面。

2.1 安全隐私

射频识别技术被用于物联网系统时，RFID标签可能被置入相应物品中，由于该类信息的开放性，明文传输，易受攻击，容易导致信息被滥用，不受控制地被扫描、定位和追踪，不同程度上影响到个人安全隐私问题。

2.2 无线连接网络带来的安全问题

（1）感知节点安全问题。无线网接入通常具有海量的感知节点，在较大物理区域内，很难同时对所有的用户进行监控，所以攻击者通过常用的无线接入设备能够很容易接入物联网，从而造成软硬件的损坏。

（2）漫游网络安全问题。在网络漫游的状态下，攻击者不需要对攻击目标进行精准的定位，通常受到攻击的终端用户在被攻击时并没有意识到问题的严重性。在关键信息被篡改后，交易在中途被打断，重新建立链接就存在一定的安全风险。

（3）假冒攻击和数据驱动攻击。物联网的前端通信系统通常是同智能传感器和RFID电子标签等，这些终端设备“暴露”在空气中，很容易遭到攻击者通过节点发起的攻击。传感器的假冒攻击是一种较为常见、也是危害较大的无线连接安全隐患。数据驱动攻击是一种通过向特定程序发送大量数据，以获取系统访问权限的攻击形式。较为常见的攻击手段有以下几类：缓冲区溢出攻击、信任漏洞攻击、同步漏洞攻击与格式化字符串攻击等。防范数据驱动攻击的有效手段是在物联网节点汇聚的区域设置缓冲区，降低数据溢出的概率。

2.3 信号干扰问题

一旦安置在物品上的传感器遭到信号干扰，不仅会造成物品的损失，更严重的是导致个人信息的泄露。更进一步，当国家重要机构和部门使用物联网处理日常工作，也存在信号扰造成重大损失的可能性。通过设置RFID装置能够有效提高信息的监控力度，但也给不法分子留下窃取重要信息的途径，一旦物联网信号扰，不法分子进入物联网内部，窃取、篡改金融系统和公安部管理系统等关键部门，造成的后果将不堪设想。

2.4 恶意入侵问题

未来物联网的发展不可避免地要借助于互联网，而且随着研究和应用的深入，这种开放的网络链接方式存在巨大的被入侵风险。互联网中存在的病毒攻击和非法授权访问问题对物联网用户终端也将造成巨大的损失。更为严重的是，一旦银行卡、身份证、信用卡等包含关键信息的物品被不法分子掌握，不仅仅会造成人身财产的重大损失，更严重的是危害到整个社会的正常运转。

3 解决物联网安全问题的对策

笔者在总结多年研究成果的基础上，总结出物联网的安全体系结构如图2所示，在此主要分析其中应用效果较好的几项技术。

3.1 物联网中的数据加密

通过加密对数据进行编码来保证数据的机密性，以防止数据在魇涔程中被窃取。在传统网络中的加密通常为点到点加密和端到端加密。感知设备由于设计上的需要通常情况下功能单一、存储空间小、能量有限，使它们无法拥有复杂的安全保护能力。另外，感知层的网络节点多种多样，所采集的数据、传输的信息也没有特定的标准，难以提供统一的安全保护体系。

采用传统的网络加密手段在理论上是可行的，但是在实际使用中面临诸多难题，同时会一定程度上降低物联网的使用效率。目前，较为常用的手段是在网络中关键节点上使用轻量级的加密手段，同时设置安全芯片，能够在一定程度上提升物联网的安全级别。

3.2 加强对认证和访问的控制

这里说的认证及访问控制指的是保证数据的接受方能够确认收到数据所有者的身份，并判断数据在传送过程中是否遭到篡改。物联网的感知特性和宽领域的连接特性决定了在共享数据、访问和权限分配方面需要更加严格的规范。

更为严格的多级认证和访问权限控制手段是常用的提高物联网安全系数的方法，例如：设置访问者身份验证、密令加密、新型鉴别手段以及对不同级别用户有针对性地设置文件访问权限等。在实际应用中，以下方法取得了较好的安全效果：①在通讯节点之间设置身份验证方式；②在传输不同部分之间设置密钥协商方案，这样能够在一部分节点受到入侵攻击之后，仍可以保护未被攻击的部分，攻击者很难从攻击部分获得全部网络的安全信息；③设置节点合法性验证，增强物联网终端的感知度和安全性。

3.3 次用户异常检测技术

使用协同频谱感知技术，通过收集并分析多个次用户的本地信息和决策信息，降低单一用户对于频谱感知的不可靠性，这是物联网中经常使用的方法。但是该项技术也存在恶意次用户发送大量错误信息干扰判断的可能性。对于次用户异常行为的检测，现阶段多采用基于攻击者策略信息的检测方案，但是使用了无线电通信技术后，往往无法准确判断攻击者的策略。对此，不少学者提出基于数据挖掘的异常检测新方法，在攻击者无法判断诚信次用户报告的情况下，攻击者的频谱感知周期趋向于无穷大，该种攻击较容易防范。对于攻击者知道诚信用户报告的情况，数据挖掘方案能够提供一种分辨攻击者发出信息的方法。

3.4 评价并分析网络安全态势

网络态势感知是近年来发展较快的一项新技术，使用该技术实现网络的实时监测和定量评价，能够对网络的安全性和可靠性作出预判。这项技术实现了网络安全防范从被动防御到主动防御的巨大进步。目前，该项技术在物联网中的应用尚处在探索阶段，具有较为广阔的发展前景。

4 结 语

随着时代的发展，人们对于信息交互的需求越来越大，物联网不仅能实现人与物的信息交互，更能实现物与物之间的交互，这给未来的网络生活带来了巨大的便利。如何防范风险，提高安全性是该项技术能否顺利发展的关键因素之一，为此，不仅仅需要科研工作者在技术层面进行危险防范和安全问题的研究，也需要政府有关部门出台相关的法律规范和行业安全指导意见，共同推动物联网的健康发展。

主要参考文献

[1]王t菡.物联网的安全问题和关键技术研究[J].硅谷，2014（13）.

[2]杨景花.物联网技术及安全问题探讨[J].电脑知识与技术：学术交流，2016（6）.

物联网安全技术篇(5)

关键词：食品安全；物联网；传感系统；监测

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)17-4207-02

“民以食为先，食以安为先”，食品安全历来是关乎民生的头等大事。2008年席卷全国的“三聚氰胺”奶粉事情，让国内乳制品行业陷入了空气的危机；随后全国各地不断曝光的“地沟油”、“健美猪”、“染色馒头”等事件，使得人们对食品安全问题更加重视，人们经常会怀疑，自己食用的产品是否安全。食品安全问题层出不穷，归根结底在于食品生产从原材料到消费的整个流通过程缺乏有效有力地监管。食品安全监管是一个非常复杂繁琐的过程，并非政府机关的几个部门能够完成的事情，在整个流通过程中涉及很多具体的评价指标体系。那么如何真实有效地提高食品安全监管，杜绝类似事件再次发生，成为了当前丞待解决的一个关乎国家民生的头等问题。

1999年，美国麻省理工学院，首先提出了“物联网”的概念，简而言之，就是利用EPC和RFID等信息传感设备将所有物品与目前的互联网连接起来，实现所有物品的智能化识别和管理。我国“十二五”计划明确提出，物联网将作为重点新兴战略产业，2011年召开的中国物联网大会，提出了主要民生产业如健康管理、食品安全、卫生医疗等与物联网技术相结合，其中建立统一城市食品安全追溯平台备受瞩目。

1 食品安全问题现状

食品安全是指食品的种植、养殖、加工、包装、贮藏、运输、销售、消费等活动符合国家强制标准和要求，不存在可能损害或威胁人体健康的有毒有害物质以导致消费者病亡或者危及消费者及其后代的隐患[1]。

近些年，从肯德基麦当劳的苏丹红鸡翅到矿物油“抛光”大米，再到三聚氰胺奶粉、地沟油、健美猪……我国的食品安全问题警钟长鸣，食品安全现状也不容乐观。目前的食品不安全主要表现在以下一些方面：

1) 假冒伪劣产品。此类产品主要用发霉或以假充正的原材料加工制作而成，比如发霉的大米用工业矿物油进行抛光后再次进入消费市场，死、病猪肉用来加工香肠，一些乳制品企业回收过期变质奶再生产等。

2) 食品添加剂的非法或不合理添加，并且存在情况比较严重。如肯德基麦当劳的苏丹红鸡翅，三聚氰胺奶粉，腐竹、粉丝、面粉、竹笋等产品中添加吊白块，海参、鱿鱼等干水产品、血豆腐等产品中添加工业用甲醛等。

3) 滥用药物、滥施农药、严重污染的有毒产品。如在猪饲料中添加瘦肉精，用避孕药催熟黄鳝，受工业污染的引用水源等。

4) 食品加工过程中产生的污染。生产蛋糕、月饼、面包、酥饼、凤爪、雪菜等烘焙制品及卤菜制品时出现的微生物超标、发霉变质、细菌二次污染等。

5) 转基因食品潜在的污染。转基因生物技术使用不当可能造成的对环境的污染。这是因为转基因生物可以通过有性生殖将所携带的重组基因扩散到同类生物，包括自然界的野生物种中，成为后者基因组的一部分。与其他形式的环境污染不同，生物的生长和繁殖可能使基因污染蔓延而不可逆转。

总的来说，导致上述食品安全问题的原因是由于食品种植、养殖、加工、包装、贮藏、运输、销售、消费等环节监管不利，使得非法行为可以轻而易举的存在，并且国家对于食品安全非法行为的惩处力度是远远不够的。那么在当下环境，如何来提高食品安全，显得非常重要。利用物联网技术，可以我们较好地实现食品种植、养殖、加工、包装、贮藏、运输、销售、消费等环节的数据采集和有效监管。

2 物联网技术简介

物联网（Internet of things），就是“物物相连的互联网”，它被认为是下一个万亿元级规模的产业，意义甚至超过互联网。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，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、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。

物联网由全球产品RFID射频识别系统、电子编码体系（EPC）和信息网络系统组成。射频识别（RFID）是物联网技术的核心内容，一个典型的RFID 系统包括标签、读写器和数据库，如图1所示[2]。RFID标签成本是制约RFID发展的重要瓶颈，通过近几年的发展RFID标签的价格有了很大程度的降低，并且针对不同的应用领域，设计出了物流标签、图书标签、抗金属标签、服装标签、洗衣标签、牧畜管理标签、医疗标签、安防防盗标签、轮胎管理标签、超市零售标签。

产品电子代码（EPC）是由标头、厂商识别代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字。产品电子代码是下一代产品标识代码，它可以对供应链中的对象（包括物品、货箱、货盘、位置等）进行全球唯一的标识。EPC 存储在RFID标签上，这个标签包含一块硅芯片和一根天线。读取 EPC标签时，它可以与一些动态数据连接，例如该贸易项目的原产地或生产日期等。EPC就像是一把钥匙，用以解开EPC网络上相关产品信息这把锁。

物联网体系结构主要可分为3层：感知层、网络层和应用层，如图2所示。

把物联网技术应用于食品安全，必须从食品生产的源头插入RFID标签，实现对原始材料的实时监控，RFID标签会在整个食品生产过程中实现各个流通环节的数据采集和根据预先设定的评价指标体系进行有效地监控。此外，还需要有一个数据中心，对采集的信息进行分析，加工，处理。最终，消费者获得某产品可以根据产品的RFID标签，清楚地知道该产品从生产、加工、包装、储藏、运输等各个环节的动态信息，从而真正地实现消费者层面能了解的食品安全。

3 应用物联网技术提高肉类食品安全探究

在现有的环境下，提高食品安全是一项非常复杂的系统工程，因为食品安全本身涉及很多环节，包括食品本身的安全和食品整个供应链的安全。基于食品供应链的特性，从食品的生产开始一直到终端销售，可以综合利用物联网RFID 技术、先进传感技术、无线通讯技术、监测与控制技术、远程数据传输技术、卫星通讯技术、网络与信息技术等,建立食品供应链的全程监管体系,实现食品供应链的安全[3]。

RFID 是一种非接触式自动识别技术，主要通过射频信号自动识别目标对象并获取相关信息，无须人工干预，能够在各种状态(静止、移动甚至恶劣环境)下准确识别运动物体。RFID技术具有体积小、容量大、寿命长、穿透力强、可重复使用、支持快速读写、可定位和长期跟踪管理等特点，在食品安全质量管理方面有着极大的应用潜力[4]。

为详细说明物联网能够在提高食品安全上有显著效用，特以猪肉的整个生产过程为例，具体分解生产过程中各个环节的物联网技术应用情况。猪肉生产的流程如图3所示。

运输、圈养活体阶段，为每一头猪分配一个RFID标签，该标签会跟随猪的整个生长过程，记录生长过程中的一些重要数据，并且在圈养场所安放一定数量的读写器，以便传感系统可以实时追踪每一头猪每一天的身体状况，病将这个数据信息通过通信网络传递到信息中心。通过专业的食品安全监管平台来对收集的数据进行整个生产供应链的有效管理。此后的每一个阶段，都可以通过读写器，将各个阶段的重要数据传递到数据中心，当某个环节出现安全问题时，可以很快的反应到数据中心，并根据出现的问题给予适时的问题解决方案，从而真正实现食品从生产加工、包装、储藏、运输等各个环节的安全。

4 总结

针对近年国内频繁出现的食品安全问题，引入物联网技术可以从很大程度上提高食品安全监测。本文以猪肉生产的整个供应链为例，详细阐述了如何在供应链的各个环节应用物联网技术，从而可以有效地提高食品安全。

参考文献：

[1] 白绍飞,李松彪,闫庆标.浅析我国食品安全的现状、原因与对策[J].黑龙江畜牧兽医,2011,3(下):37-38.

[2] 沙波.RFID与物联网技术[J].电脑知识与技术,2011,7(8):1938-1939.

[3] 付雄新,周受钦,谢小鹏.基于RFID的食品安全监管系统[J].科学技术与工程,2009,9(13):3897-3899.

[4] 国伟,储晓刚.RFID 技术及其在食品安全领域中的应用[J].食品科技,2007,(9):5.

[5] 曾祥兴,王喜成.RFID 在制造业质量追溯中的应用[J].桂林电子科技大学学报.2007,27(4):293-295.

物联网安全技术篇(6)

在当今时期，物联网技术在实际生活中的应用越来越广泛，致使网络现今面对的信息更加多极化。这些信息涉及到国防的事业、国家的军事管理、政府的工作等等各个方面，因此，信息运行的安全与否尤为重要。然而网络的数量以及节点的数量都是有限的，日常的安全监理系统已经无法真正保证网络的安全，无法将信息直接引入到物联网的相关系统当中。因此，一些有效的手段就变得更加重要，例如信息加密手段，数据的管理存取以及数据的融合体系，安全路由协议等等。在信息加密手段中，密钥管理非常重要，这主要是因为这一加密手段会对密钥的形成、密钥的分发、密钥的管理与保存以及密钥的更新与应用都会产生重要的影响。为了使整个信息安全监理过程更加顺利，就需要预定一个合理的全局方案，与此同时，还应该参照无限感知网络系统、节点的设置与规划、工作的安全标准等，来设置出更加多样化的密钥管理的相关对策。具体可以通过制定与分配工作方案之后，先构成密钥箱，在每个节点处都可以随机得到密码进而形成密钥环。再对整体进行合理的规划，每个节点只需要独自的密钥才可以解开，这样就可以保证信息的安全可靠，将这一环节变成安全通道中的较为重要的一部分。因此，无线感知网络系统具有节点对等以及多跳传输等特点。一旦网络的另一方设置了一些恶意节点，这样就可以将路由快速的更改，进而造成信息安全管理系统的巨大漏洞，产生蠕虫病毒。所以，在信息安全监理的过程中，需要将无线感知系统以及物联网系统具体的特点作为监理过程的核心，经过明确的研究，对整个过程进行科学的设置，最后保证路由协议满足信息安全监理的整个过程，保证信息的安全性以及可靠性。

2数据融合

在物联网系统中，数据融合属于一种交互以及感知的科学模式，一旦有网络恶意俘虏节点，就会造成节点很难辨认出正常信息，对于恶意信息也无法正常的对抗尤其对于节点融合产生了较大的影响，一方面会对下游的节点信息造成严重的破坏，另一方面还会对节点传递信息的过程产生严重的负面影响。因此，为了使整个物联网系统保持安全可靠，就需要在网络数据融合的过程中准确的衡量信息的安全状况以及信息应用的程度。可以根据随机抽样得到的数据进行验证预处理，进而使用户能够在节点处准确的捕捉水平，从而辨认出数据信息是否安全可靠。

3设置路由定位协议

节点处会存在着许多较为隐私的内容，这些内容一旦发生暴漏，就会对监测目标造成严重的影响。所以，在物联网系统中，需要我们开设一些合理安全的机制进行相关的保护，对数据进行全方面的监测与保护，对于重要信息进行必要的处理与保存，可以通过一些具体的安全协议，以及准确的路由定位协议，来使得节点准确的定位出信息的真实位置，减少一些副作用的产生。这样就可以真正的提高物联网系统的感知信息的能力以及交互能力，从而提高整体的可靠水平，开设出较为良好的系统环境，帮助系统向更加完善的方面发展。

4结语

物联网安全技术篇(7)

关键词：预警平台；云计算技术；数据融合技术；物联网技术；煤矿安全生产

引言

煤矿生产环境非常恶劣，煤矿安全生产事故时有发生，煤矿安全生产问题依然值得重视[1]。尽管煤矿安全生产管理系统起到了一定的作用，但煤矿安全生产管理系统大多都是相互独立的子系统，彼此之间相互独立，不能实现资源共享，各子系统的开发平台也不一样，不能实现统一结合，这些不足严重制约了煤矿安全生产管理系统的发展[2]。物联网作为未来信息技术领域新的制高点，具有异构相通、远程管理、高度智能化、高度信息化等特性，已成为当前煤矿安全生产信息化领域的研究热点。但煤矿物联网系统会产生海量数据，对数据的处理要求较高，相信引入数据融合技术和云计算技术一定能得到满意的效果。物联网技术、数据融合技术、云计算技术之间既有区别又有联系，在煤矿安全生产预警平台上应用这三种技术，有望解决上述问题。

1物联网技术、数据融合技术、云计算技术

1.1物联网技术

物联网就是一个统一的网络，通过传感器与互联网的链接，使物体与网络相连，从而实现对物体的智能化管理。物联网改变了以往互联网的形式，它是一种全新的网络技术，实现了人与人、人与物、物与物之间所产生数据的联通[3]。物联网的结构一般分为感知层、网络层和应用层。（1）感知层是物联网的核心技术，负责各类信息的采集，主要包括传感器技术和RFID技术。（2）网络层是物联网的支撑技术，负责把感知层获得的各类信息安全、稳定地传输到应用层，主要包括无线技术和有线技术。（3）应用层是物联网的最高层，负责把接收到的信息数据汇总、存储、处理，再以特定形式呈现出来，主要包括数据存储技术、数据处理技术等。

1.2数据融合技术

数据融合是将采集到的原始数据进行自动分析、综合、校准，消除数据的不稳定性，提高数据的可靠性，准确获取更有用的信息，为后续数据的感知处理提供更准确、更可靠的测量数据[4]。若将物联网感知层获取的海量信息直接传送到物联网应用层，必然会增加应用层数据处理的难度。若在物联网的感知层通过数据融合技术增加信息的准确性和稳定性，提供可靠的信息到应用层，必然会减轻应用层的压力。因此数据融合将成为物联网的一个重要环节。

1.3云计算技术

云计算是将分布式计算、虚拟化、网络存储、效用计算等计算机及网络技术发展融合壮大，产生的一种新兴计算方式。其目的是把多个简单的计算形式融合成一个具有强大计算能力的计算形式，并将这种计算形式共享，使系统中的所有终端用户都能运用这种计算形式[5]。物联网是对传统网络和传感网络的整合，这其中必将产生海量信息，唯有借助云计算技术才能实现对这些信息的有效处理和整合。因此，云计算将是实现物联网的核心关键技术。

2煤矿安全生产预警平台

预警是对生产系统中可能发生的危害和危险事件进行合理评价，预估风险，设计预案，制定相应的解决对策，避免危害和危险事件的发生[6]。预警系统是能够自动监测、评价与控制各类危害和危险事件发生的监测系统[7]。煤矿安全预警系统可以实现矿井安全生产信息的远程监控，实时掌握煤矿安全生产状况，减少或避免煤矿安全事故的发生[8]。煤矿安全生产预警平台是从煤矿安全生产的角度，以物联网技术为基础的典型复杂巨系统。任何一个传感器节点或子系统检测到的异常数据信息，都有可能对煤矿生产的安全运行产生威胁。煤矿安全生产预警平台需构建物联网下的立体监测体系，对瓦斯、顶板动态信息、冲击地压、尘害、热害、水、火等潜在威胁进行多角度、多尺度的监测，将监测数据处理反馈给预警平台。

3三种技术在煤矿安全生产预警平台上的应用

3.1物联网技术能进一步提高煤矿安全生产预警的整体水平

煤矿安全生产预警主要用以监测矿工、环境和设备。矿工的采掘影响着煤矿井下的环境，环境变化影响着设备的运行，同时环境变化和设备运行状态的好坏也影响着矿工的生产和其生命安全。因此对煤矿井下重点危险源实施监控与预警，建设和完善安全生产预警平台，提升煤矿生产安全过程监控和预警水平，将矿工、环境、设备联成一个网络，并通过物联网加以控制，煤矿安全生产的目的才能更好地实现。

3.2数据融合技术能进一步提高煤矿安全生产预警的准确性

为了能够对煤矿井下矿工、环境和设备进行动态监测，在矿井一定区域内采用一种无线传感器网络，能够为煤矿的安全监测提供支持。煤矿安全生产监测数据包括各种传感器、条形码读卡器、RFID标识读卡器等各种数据信息。由于设备本身可能存在的故障及井下环境干扰等多种原因，采集到的数据不可避免地存在一定的误差，影响测量数据的准确性，因此必须通过数据融合技术对采集到的数据进行进一步处理，消除误差，以提高数据的准确性。

3.3云计算技术能进一步提高煤矿安全生产预警的稳定性

云计算技术作为一种新兴的共享基础架构，是物联网系统的首选技术。云计算技术为数据的集中存储和安全访问提供了稳定支持。云计算技术使物联网系统在信息共享和数据处理方面更加智能和稳定。同时，云计算技术还可解决各煤矿子系统之间的异构性，将井下环境监测、井下设备监控、井下矿工定位等功能集于一体，满足煤矿安全生产对信息资源的集成与共享的需求，增加煤矿安全生产预警平台的稳定性。

3.4三种技术的关系

物联网技术、数据融合技术、云计算技术之间既有区别又有联系。物联网技术侧重物与物、物与人、人与人之间的联通；数据融合技术侧重对海量信息的加工和提纯；云计算技术侧重数据计算的方式、方法。因此，物联网技术、数据融合技术和云计算技术之间的关系是：物联网产生大量数据，大量数据需要数据融合技术进行提纯，同时也需要借助云计算技术进行计算，数据融合技术有助于云计算技术，云计算技术和数据融合技术为物联网服务。

4结语

物联网技术、数据融合技术和云计算技术会成为改进煤矿安全生产预警水平非常重要的技术手段。物联网技术是煤矿安全生产信息化水平的基础，数据融合技术增强了采集数据信息的准确性，云计算技术增强了对海量数据处理和计算的能力，三种技术为煤矿安全生产信息化预警提供了更好的技术支撑。

参考文献

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[2]余建芳.物联网在煤矿安全生产中的应用研究[J].煤矿开采，2013，18（2）：103-104.

[3]刘伟.基于物联网技术下的煤矿智能安全管理系统的研究[J].煤炭技术，2013，32（7）：93-94.

[4]李莉，卢静.基于云计算和数据融合的煤矿物联网信息化管理[J].信息与电脑（理论版），2013（6）：124-125.

[5]裴忠民，李波，徐硕，等.基于云计算的煤矿物联网一体化平台体系架构[J].煤炭科学技术，2012，40（9）：90-94.

[6]孙彦景，左海维，钱建生，等.面向煤矿安全生产的物联网应用模式及关键技术[J].煤炭科学技术，2013，41（1）：84-88.

[7]张大维，吴电涛.物联网在煤矿安全生产中的应用[J].山东煤炭科技，2013（6）：122-124.