利用开放标准从头开始构建更智能、更安全的城市
物联网 （iot） 技术正在进入我们生活的每个角落。他们监控我们的驾驶方式，提高工厂生产线的效率，并保持公用事业平稳运行。他们还面临着受到对手的妥协风险，这些对手可能是出于经济动机的网络犯罪分子、民族国家特工，甚至是心怀不满的员工。
没有灵丹妙药可以帮助我们解决这一挑战。但是，在设计产品和构建物联网系统时，安全设计和开放标准应该是您的指导原则。这些不仅有助于最大限度地降低网络风险，还可以加快上市时间并提高成本效益。
最坏的情况
我们正处于智慧城市新时代的开端。然而，随着连接和计算能力在大规模户外网络中更广泛地分布，威胁行为者将继续扩大自己的活动，以通过攻击获利。目前，有很多安全漏洞需要针对。2020 年的一份报告声称，物联网设备现在占全球网络上所有受感染设备的三分之一 （33%），高于 2019 年的 16%［1］。另一份报告称，超过一半（57%）的人会受到中度或高度攻击［2］。
弱密码、固件漏洞和不安全的网络继续困扰着部署。它们为攻击者提供了劫持设备、破坏关键基础设施、勒索组织以及从连接的网络中窃取敏感数据的机会。这是很久以前在 1960 年代经典电影《意大利工作》中发现的威胁，其中典型的意大利“智能城市”中的交通被黑客停滞不前。不幸的是，今天可能会发生更糟糕的事情。今年早些时候，对佛罗里达州奥兹马市一家水厂的网络攻击被挫败，旨在毒害居民的饮用水［3］。
安全从这里开始
在这种情况下，工程师和开发人员应该专注于开发强大的安全架构。这将包括作为设备一部分的两个关键元素：设备身份验证和消息加密。
首先，每个设备必须具有唯一的可识别性，以便在加入网络时可以有效地进行身份验证，并能够证明它没有被恶意代码篡改或劫持。嵌入在每个设备中的数字证书是实现这一目标的理想方式，因为它们可以在制造期间或调试之前嵌入，并且不容易受到密码方式的损害。
所有安全设备都将包含一个私钥，该私钥必须受到保护。有不止一种方法可以做到这一点：考虑硬件安全元件，一种专门用于防止未经授权的访问的芯片，即使攻击者可以物理访问设备（物联网通常就是这种情况）［4］。另一种防止篡改的技术是物理不可克隆功能（puf）［5］。在这里，“指纹”来自一块硅的独特特性（晶体管阈值电压、增益因数等）。然后可以将其转换为唯一的加密密钥，并用作芯片的根密钥。这样做的好处是不需要额外的硬件来安全地存储密钥，并且在设备断电时黑客看不到它。
设备身份验证只是所需保护的一部分。同样重要的是消息加密。加密可确保消息内容是私有的，并防止更改消息，例如，来自“中间人”攻击。ieee 802.15.4 等无线电标准包括 aes 消息加密，该加密内置于 rf 芯片中，用于即时加密消息。aes 提供了一种轻量级方法来保护无线帧，同时保持低功耗和处理器开销。
射频技术的一个固有问题是对干扰的敏感性。干扰可能是无意的（例如位于同一位置的网络），由干扰源（例如焊接设备）引起的，也可能是故意的（例如来自干扰设备）。例如，wi-sun风扇网络使用多种技术来减轻这些类型的干扰：
首先，设备使用分散的跳频，这使得攻击者很难通过干扰信号来拒绝服务。
此外，网状网络拓扑对网络弹性具有重大影响，与星形（或“中心辐射型”）网络相比具有多种优势。它们更可靠，因为如果设备彼此失去联系，数据可以重新路由。而且，设备到设备的传输通常在较短的距离上进行，因此可以提高电源效率、性能和通道利用率。
开放标准的力量
使用开放、可互操作的标准是另一个重要的考虑因素。为什么从安全角度来看这很重要？答案是，开放标准将是成熟可靠的，经过许多利益相关者（包括技术的开发人员和用户）的压力测试和验证。因此，可以快速检测和修复漏洞。
wi-sun联盟配置文件使用广泛的ieee和ietf标准，包括ieee 802.15.4射频和链路层，来自802.1ar的安全设备身份，基于ietf eap-tls的网络身份验证和ieee 802.15.9密钥管理。
更好的安全方案
从产品的角度来看，遵循开放标准可以加快上市时间，降低成本，并确保您的产品可以使用各种制造商的处理器和无线电进行优化。通常，会有一系列公开可用的协议栈、设计信息和参考实现，以帮助您构建面向未来的安全产品。
随着智能城市、智能公用事业和大型企业物联网网络的不断发展，寻找新赚钱方式的网络犯罪分子的注意力也将持续增长。这就是为什么设计安全是所有连接设备的先决条件。
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最坏的情况
我们正处于智慧城市新时代的开端。然而，随着连接和计算能力在大规模户外网络中更广泛地分布，威胁行为者将继续扩大自己的活动，以通过攻击获利。目前，有很多安全漏洞需要针对。2020 年的一份报告声称，物联网设备现在占全球网络上所有受感染设备的三分之一 （33%），高于 2019 年的 16%［1］。另一份报告称，超过一半（57%）的人会受到中度或高度攻击［2］。
弱密码、固件漏洞和不安全的网络继续困扰着部署。它们为攻击者提供了劫持设备、破坏关键基础设施、勒索组织以及从连接的网络中窃取敏感数据的机会。这是很久以前在 1960 年代经典电影《意大利工作》中发现的威胁，其中典型的意大利“智能城市”中的交通被黑客停滞不前。不幸的是，今天可能会发生更糟糕的事情。今年早些时候，对佛罗里达州奥兹马市一家水厂的网络攻击被挫败，旨在毒害居民的饮用水［3］。
安全从这里开始
在这种情况下，工程师和开发人员应该专注于开发强大的安全架构。这将包括作为设备一部分的两个关键元素：设备身份验证和消息加密。
首先，每个设备必须具有唯一的可识别性，以便在加入网络时可以有效地进行身份验证，并能够证明它没有被恶意代码篡改或劫持。嵌入在每个设备中的数字证书是实现这一目标的理想方式，因为它们可以在制造期间或调试之前嵌入，并且不容易受到密码方式的损害。
所有安全设备都将包含一个私钥，该私钥必须受到保护。有不止一种方法可以做到这一点：考虑硬件安全元件，一种专门用于防止未经授权的访问的芯片，即使攻击者可以物理访问设备（物联网通常就是这种情况）［4］。另一种防止篡改的技术是物理不可克隆功能（puf）［5］。在这里，“指纹”来自一块硅的独特特性（晶体管阈值电压、增益因数等）。然后可以将其转换为唯一的加密密钥，并用作芯片的根密钥。这样做的好处是不需要额外的硬件来安全地存储密钥，并且在设备断电时黑客看不到它。
设备身份验证只是所需保护的一部分。同样重要的是消息加密。加密可确保消息内容是私有的，并防止更改消息，例如，来自“中间人”攻击。ieee 802.15.4 等无线电标准包括 aes 消息加密，该加密内置于 rf 芯片中，用于即时加密消息。aes 提供了一种轻量级方法来保护无线帧，同时保持低功耗和处理器开销。
射频技术的一个固有问题是对干扰的敏感性。干扰可能是无意的（例如位于同一位置的网络），由干扰源（例如焊接设备）引起的，也可能是故意的（例如来自干扰设备）。例如，wi-sun风扇网络使用多种技术来减轻这些类型的干扰：
首先，设备使用分散的跳频，这使得攻击者很难通过干扰信号来拒绝服务。
此外，网状网络拓扑对网络弹性具有重大影响，与星形（或“中心辐射型”）网络相比具有多种优势。它们更可靠，因为如果设备彼此失去联系，数据可以重新路由。而且，设备到设备的传输通常在较短的距离上进行，因此可以提高电源效率、性能和通道利用率。
开放标准的力量
使用开放、可互操作的标准是另一个重要的考虑因素。为什么从安全角度来看这很重要？答案是，开放标准将是成熟可靠的，经过许多利益相关者（包括技术的开发人员和用户）的压力测试和验证。因此，可以快速检测和修复漏洞。
wi-sun联盟配置文件使用广泛的ieee和ietf标准，包括ieee 802.15.4射频和链路层，来自802.1ar的安全设备身份，基于ietf eap-tls的网络身份验证和ieee 802.15.9密钥管理。
更好的安全方案
从产品的角度来看，遵循开放标准可以加快上市时间，降低成本，并确保您的产品可以使用各种制造商的处理器和无线电进行优化。通常，会有一系列公开可用的协议栈、设计信息和参考实现，以帮助您构建面向未来的安全产品。
随着智能城市、智能公用事业和大型企业物联网网络的不断发展，寻找新赚钱方式的网络犯罪分子的注意力也将持续增长。这就是为什么设计安全是所有连接设备的先决条件。
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