物联网安全技术的发展与挑战

# 物联网安全技术的发展与挑战 ## 1. 物联网面临的挑战与应对策略 ### 1.1 物联网安全与发展困境 物联网（IoT）发展迅猛，但面临诸多安全挑战。由于与其他服务集成，以及硬件工程师对安全问题普遍不够敏感，安全成为一个技术和文化层面的难题，监管机构难以直接强制执行相关措施。即便美国联邦贸易委员会（FTC）认识到问题所在，在物联网不断发展的情况下，也难以有效保护消费者。 若缺乏适当的技术标准和政策，物联网技术虽能使多个利益相关者受益，但可能引发的负面反应会抑制创新。未来10 - 15年，物联网有望快速发展，塑造新的信息社会和知识经济，但发展方向和速度难以预测。 ### 1.2 应对物联网挑战的建议 为充分发挥物联网技术的优势，建议采取以下措施来应对欧洲面临的挑战： 1. 动员大量的研究和创新力量，以创造新的产品、流程和服务。 2. 为变化的世界制定新的隐私定义。 3. 保护物联网的各个组成部分，考虑这些部分如何协同工作，创建可互操作的安全机制，并确保物联网多个参与者（特别是人类、机器和物体）之间合作时的一定安全水平。 4. 通过促进计算机科学家与更广泛公众之间的重要对话，缩小有技术接入者和无技术接入者之间的数字鸿沟，为物联网发展伦理规范。 ### 1.3 大数据趋势与物联网 物联网将一切事物连接到一个集成的全球网络中。人们、机器、自然资源、生产线、物流网络、消费习惯、回收流程以及经济和社会生活的几乎所有其他方面，都通过传感器和软件与物联网平台相连，实时向各个节点（企业、家庭、车辆等）提供大数据。大数据经过高级分析处理，转化为预测算法，并编程到自动化系统中，以提高热力学效率、大幅提高生产力，并将整个经济中生产和交付各类商品和服务的边际成本降至接近零。 ### 1.4 物联网设备的环境影响 物联网技术的另一个问题是所有这些富含半导体的设备在制造、使用和最终处置过程中对环境的影响。现代电子产品含有各种重金属、稀土金属以及剧毒合成化学品，难以正确回收。电子元件通常被简单焚烧或倾倒在普通垃圾填埋场，从而污染土壤、地下水、地表水和空气。 ## 2. 万物互联（IoE）技术 ### 2.1 IoE的概念与市场前景 万物互联（IoE）是一种技术概念，它使以前未连接的物体和流程与本质上数字化的物体和流程相融合。这种物理和数字领域的全面融合将以前所未有的方式颠覆单个组织和整个行业。ABI Research将IoE市场定义为物联网、数字互联网和人类互联网的结合。连接一切的价值驱动着IoE的发展。 据ABI Research预测，到2020年，IoE市场的设备数量将超过400亿。2019年的市场跟踪显示，到2023年，物联网将占IoE的54%，高于数字互联网的43%。 ### 2.2 IoE的组成部分 IoE包括以下几个组成部分： - **数字互联网**：包括个人电脑、数字家庭和移动设备。 - **人类互联网**：包括可穿戴计算设备。 - **物联网**：包括公用事业和工业物联网、智能城市和建筑、零售广告和供应链、联网汽车和智能家居。 ### 2.3 IoE的安全挑战 在IoE环境中，网络安全正从传统的集中式观点向分散式方法转变，安全措施尽可能靠近端点实施。此外，创建一个能同时涵盖物理世界和虚拟世界用户的统一身份仍然是一个挑战。 ### 2.4 IoE的技术支持与应用 标准化的超低功耗无线技术（如蓝牙和ZigBee）推动了传感器和节点的实施，而Wi-Fi技术和蜂窝连接则作为将收集的数据传输到云端的骨干。消费者期望在单一家庭网络（特别是Wi-Fi网络）上集成所有连接设备，并接受一系列连接应用，如家庭安全、智能能源和车载信息娱乐。Wi-Fi使人能够与IoE进行交互。 然而，IoE带来的机遇也给消费者和支持各种应用的企业带来了更多的安全和隐私问题。 ## 3. 网络物理系统（CPS） ### 3.1 CPS的定义与概念 网络物理系统（CPS）由美国国家科学基金会的Helen Gill于2006年提出。CPS是计算与物理过程的集成，其行为由系统的网络和物理部分共同定义。嵌入式计算机和网络通过反馈回路监控和控制物理过程，物理过程影响计算，反之亦然。 CPS通常包括三个主要部分： 1. **物理工厂**：CPS的物理部分，不通过计算机或数字网络实现，可包括机械部件、生物或化学过程以及人类操作员。 2. **计算平台**：由传感器、执行器、一台或多台计算机以及（可能）一个或多个操作系统组成。 3. **网络架构**：为计算机提供通信机制，平台和网络架构构成CPS的网络部分。 ### 3.2 CPS的特点 CPS具有以下特点： | 特点 | 描述 | 备注 | | --- | --- | --- | | 网络与物理结合 | 结合网络和物理组件 | | | 连接性 | 通常涉及传感、计算和执行 | 涉及IT和OT的结合以及相关的时间约束 | | 系统的系统（SoS） | 可能跨越多个目的、时间和数据域 | 不同时间域可能参考不同的时间尺度或具有不同的粒度和准确性 | | 涌现行为 | CPS组成的开放性 | 理解一种不能简化为单个