第8讲物联网感知层安全二

物联网的技术架构详解物联网（Internet of Things，IoT）是指将各种物理设备、物品、传感器、执行器等通过互联网连接起来，实现信息的交互和共享，从而实现智能化管理和服务的一种技术。

物联网的技术架构包括感知层、网络层、平台层和应用层，下面将对每个层次进行详细解释。

一、感知层感知层是物联网的第一层，它的主要功能是收集各种数据和信息。

感知层可以通过各种传感器和执行器来收集物品的数据和信息，例如温度、湿度、位置、重量等等。

这些数据和信息可以通过感知网、短距离无线通信技术等手段传输到网络层。

感知层还需要考虑如何实现低功耗、低成本、高可靠性等需求，以便实现物联网的长期监测和控制。

在感知层中，传感器是核心设备之一。

传感器是一种能够感受外界信号并将其转化为电信号的装置，它可以将温度、湿度、压力、重量、光等物理量转化为电信号，从而实现物理世界和数字世界的连接。

传感器技术的发展是物联网发展的重要基础之一，它能够提高物联网系统的精度和可靠性。

另外，感知层还需要考虑执行器的设计。

执行器是一种能够将数字信号转化为物理量的装置，例如电机、控制阀等。

执行器需要满足快速响应、高精度、高稳定性等要求，以便实现物联网系统的控制和调节。

二、网络层网络层是物联网的第二层，它的主要功能是将感知层收集到的数据和信息进行传输和通信。

网络层需要支持各种通信协议和网络协议，例如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等等，同时还需要考虑如何实现数据的安全传输和可靠性保障。

在网络层中，无线通信技术是关键技术之一。

无线通信技术可以通过无线电波、微波等方式实现数据的传输和通信。

在物联网系统中，无线通信技术需要满足低功耗、低成本、高可靠性等要求，以便实现物联网系统的长期监测和控制。

另外，网络层还需要考虑数据的安全性和可靠性。

物联网系统需要面对各种安全威胁，例如黑客攻击、数据泄露等。

因此，网络层需要采用各种安全机制和技术手段，保障物联网系统的安全性。

物联网感知层与传输层的安全问题物联网作为一个多网的异构融合网络，不仅存在与传感器网络、移动通信网络与因特网同样的安全问题[4]，同时在隐私保护问题、异构网络的认证与访问控制问题、信息的安全存储与管理等问题上还有其自身的安全特点。

物联网相较于传统网络，其感知层的感知节点大都部署在无人监控的环境，具有能力脆弱、资源受限等特点，并且由于物联网是在现有的网络基础上扩展了感知网络与应用平台，物联网应用比一般的网络系统更易受侵扰，传统网络安全措施不足以提供可靠的安全保障，从而使得物联网的安全问题具有特殊性，其安全问题更复杂。

如Skimming问题[5]：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取；Eavesdropping问题：在一个通道的中间，信息被中途截取；Spoofing问题：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中；Cloning 问题：克隆末端设备，冒名顶替；Killing问题：损坏或盗走末端设备；Jamming问题：伪造数据造成设备阻塞不可用；Shielding问题：用机械手段屏蔽电信号，让末端无法连接等。

所以在解决物联网安全问题时候，必须根据物联网本身的特点研究设计相应的安全机制。

以下分析物联网感知层与传输层的安全问题。

1.1 物联网感知层的安全问题物联网感知层主要解决对物理世界的数据获取的问题，以达到对数据全面感知的目的。

目前研究有小范围示范应用的是基于RFID的物联网与基于WSN（无线传感器网络）的物联网。

（1）基于RFID的物联网感知层的安全威胁RFID是物联网感知层常用的技术之一，针对RFID的安全威胁主要有：1）物理攻击：主要针对节点本身进行物理上的破坏行为，导致信息泄露、恶意追踪等；2）信道阻塞：攻击者通过长时间占据信道导致合法通信无法传输；3）伪造攻击：伪造电子标签产生系统认可的合法用户标签；4）假冒攻击：在射频通信网络中，攻击者截获一个合法用户的身份信息后，利用这个身份信息来假冒该合法用户的身份入网；5）复制攻击：通过复制他人的电子标签信息，多次顶替别人使用；6）重放攻击：攻击者通过某种方法将用户的某次使用过程或身份验证记录重放或将窃听到的有效信息经过一段时间以后再传给信息的接收者，骗取系统的信任，达到其攻击的目的；7）信息篡改：攻击者将窃听到的信息进行修改之后再将信息传给接收者。

物联网感知层一、概述物联网是“传感网”在国际上的通称，是传感网在概念上的一次拓展。

通俗地讲，物联网就是万物都接入到互联网，物体通过装入射频识别设备、红外感应器、GPS 或其他方式进行连接，然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网，最终形成智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理和信息采集分析。

物联网应该具备三个特征，一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。

在业界，物联网大致被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。

其中感知层由各种具有感知能力的设备组成，主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。

感知层至关重要,是物物相连的基础,是实现物联网的最底层技术。

物联网感知层是物联网络建立的基础，深入的了解物联网感知层的网络层部分为建立低成本、高效、灵敏的物联网络提供一定的一局。

感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。

物联网与传统网络的主要区别在于，物联网扩大了传统网络的通信范围，即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信。

作为下一代信息浪潮的新热点，国内外政府公司和研究机构对物联网投入了极大的关注，IBM 公司提出“智慧地球”，日本和韩国分别提出了“U-japan”和“U-Korea”战略，这都是从国家工业角度提出的重大信息发展战略。

中国针对物联网到来的信息浪潮，提出了“感知中国”的发展战略。

二、感知层技术1．传感器技术人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感觉来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断和处理，大脑再指挥人做出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的能力。

物联网感知层的关键技术包括传感器技术、射频识别技术、二维码技术、蓝牙技术以及ZigBee技术等。

物联网感知层的主要功能是采集和捕获外界环境或物品的状态信息，在采集和捕获相应信息时，会利用射频识别技术先识别物品，然后通过安装在物品上的高度集成化微型传感器来感知物品所处环境信息以及物品本身状态信息等，实现对物品的实时监控和自动管理。

而这种功能得以实现，离不开各种技术的协调合作。

传感器技术物联网实现感知功能离不开传感器，传感器的最大作用是帮助人们完成对物品的自动检测和自动控制。

目前，传感器的相关技术已经相对成熟，被应用于多个领域，比如地质勘探、航天探索、医疗诊断、商品质检、交通安全、文物保护、机械工程等。

作为一种检测装置，传感器会先感知外界信息，然后将这些信息通过特定规则转换为电信号，最后由传感网传输到计算机上，供人们或人工智能分析和利用。

传感器的物理组成包括敏感元件、转换元件以及电子线路三部分。

敏感元件可以直接感受对应的物品，转换元件也叫传感元件，主要作用是将其他形式的数据信号转换为电信号；电子线路作为转换电路可以调节信号，将电信号转换为可供人和计算机处理、管理的有用电信号。

射频识别技术射频识别的简称为RFID，该技术是无线自动识别技术之一，人们又将其称为电子标签技术。

利用该技术，无需接触物体就能通过电磁耦合原理获取物品的相关信息。

物联网中的感知层通常都要建立一个射频识别系统，该识别系统由电子标签、读写器以及中间信息系统三部分组成。

其中，电子标签一般安装在物品的表面或者内嵌在物品内层，标签内存储着物品的基本信息，以便于被物联网设备识别；读写器有三个作用，一是读取电子标签中有关待识别物品的信息，二是修改电子标签中待识别物品的信息，三是将所获取的物品信息传输到中央信息系统中进行处理；中央信息系统的作用是分析和管理读写器从电子标签中读取的数据信息。

二维码技术二维码（2-dimensional bar code）又称二维条码、二维条形码，是一种信息识别技术。

物联网之感知层和传输层物联网（Internet of Things）是指通过各种传感器、识别技术和网络通信技术，将各种物体与互联网连接起来，实现设备之间的信息交互和智能化管理的网络系统。

在物联网系统中，感知层和传输层起着至关重要的作用。

本文将深入探讨物联网中的感知层和传输层，并分析其在物联网系统中的功能和作用。

一、感知层感知层是物联网系统中最底层的部分，负责采集和感知现实世界中的信息。

感知层通过各类传感器和探测设备，将物体的状态和环境信息转化为数字信号，以便于后续处理和传输。

常见的感知设备包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光线传感器等。

这些设备能够实时监测和收集各类物体的信息，为物联网系统提供数据基础。

感知层的主要功能包括数据采集、数据处理和信号转换。

首先，感知层通过传感器对物体的各种参数进行采集，并将采集到的数据传输到上层。

其次，感知层对采集到的数据进行初步处理，如滤波、去噪等，确保数据的准确性和可靠性。

最后，感知层将处理后的数据转化为数字信号，并传送至传输层。

二、传输层传输层是物联网系统中的中间层，负责将感知层采集到的数据传输至应用层。

传输层是实现设备之间通信的桥梁，其主要功能是将感知层采集到的数据进行处理、封装和传输。

传输层可以使用多种通信协议和技术，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等，实现设备之间的数据传输。

传输层的主要作用是数据传递和通信管理。

首先，传输层负责将感知层采集到的数据传送至应用层，以满足不同应用的需求。

其次，传输层需要对数据进行可靠的传输，保证数据的完整性和安全性。

此外，传输层还需要管理设备之间的通信连接，确保设备的稳定运行和互联互通。

三、感知层和传输层的关系感知层和传输层在物联网系统中密切相关，两者共同协作，实现设备之间的信息交互和数据传输。

首先，感知层通过采集和感知设备，将物体的信息转化为数字信号，并传输至传输层。

感知层将物理世界的信息进行转换和处理，为传输层提供数据源。

以下为物联网感知层的特点及常见威胁：感知层主要特点:物联网感知层是物联网与传统互联网的重要区别之一，感知层的存在使得物联网的安全问题具有一定的独特性。

总体来说，物联网感知层主要有以下几个特点:1、大量的节点数目物联网感知对象种类多样，监测数据需求较大，感知节点常被部署在空中、水下、地下等人员接触较少的环境中，应用场景复杂多变。

因此，一般需要部署大量的感知层节点才能满足全方位、立体化的感知需求；2、多样的终端类型感知层在同一感知节点上大多部署不同类型的感知终端，如稻田监测系统，一般需要部署用以感知空气温度、湿度、二氧化碳含量以及稻田水质等信息的感知终端。

这些终端的功能、接口以及控制方式不尽相同，导致感知层终端种类多样、结构各异；3、较低的安全性能从硬件上看，由于部署环境恶劣，感知层节点常面临自然或人为的损坏；从软件上看，受限于性能和成本，感知节点不具备较强的计算、存储能力，因此无法配置对计算能力要求较高的安全机制，最终造节点安全性能不高问题的出现。

感知层常见安全威胁:从攻击方式上看，感知层的安全威胁可以分为物理攻击、身份攻击和资源攻击。

1、物理攻击（1）物理损坏感知节点应用场景复杂多样，易于受到自然损害或人为破坏，导致节点无法正常工作。

（2）非法盗窃因缺乏监管，终端设备被盗窃、破解，导致用户敏感信息泄露，影响系统安全。

2、身份攻击（1）假冒攻击攻击者非法获取用户身份信息，并冒充该用户进入系统，越权访问合法资源或享受服务。

（2）非法替换攻击者替换原有的感知层节点设备，系统无法识别替换后的节点身份，导致信息感知异常。

3、资源攻击（1）信道堵塞攻击者恶意占用信道，导致信道被堵塞，不能正常传送数据。

（2）耗尽资源攻击者通过不停向节点发送无效请求，占用节点的计算、存储资源，影响节点正常工作。

（3）重放攻击攻击者截获各种信息后重新发送给系统，诱导感知节点做出错误的决策。

随着物联网技术的飞速发展，万物互联的时代已经到来。

物联网作为一种新型信息技术，通过将各种物体连接到互联网，实现了信息的实时传输和共享。

然而，在带来便利的同时，物联网也带来了诸多安全隐患。

为了保障物联网的安全，我国提出了网络安全等级保护制度，对物联网进行分级分类，采取相应的安全措施，确保物联网系统的安全稳定运行。

一、物联网安全等级保护概述1. 物联网安全等级保护的概念物联网安全等级保护是指根据物联网系统的安全风险等级，将系统划分为不同等级，并采取相应的安全措施，以保障物联网系统的安全稳定运行。

该制度借鉴了我国网络安全等级保护制度，针对物联网的特点进行优化和调整。

2. 物联网安全等级保护的目的（1）确保物联网系统安全稳定运行，防止网络攻击、数据泄露等安全事件的发生；（2）保护物联网系统中的数据、信息和隐私，防止非法获取、篡改和泄露；（3）保障物联网系统的可用性、完整性和保密性，维护国家和社会公共利益。

二、物联网安全等级保护体系1. 物联网安全等级保护体系结构物联网安全等级保护体系包括以下层次：（1）感知层：负责收集物联网设备的数据，如传感器、摄像头等；（2）网络层：负责数据传输，包括有线网络、无线网络等；（3）平台层：负责数据处理、存储和分析，如云计算平台、大数据平台等；（4）应用层：负责物联网应用，如智能家居、智慧城市等。

2. 物联网安全等级划分根据物联网系统的安全风险等级，将物联网划分为以下五个等级：（1）一级：针对重要基础设施和关键信息系统的物联网应用；（2）二级：针对一般性信息系统的物联网应用；（3）三级：针对非关键信息系统的物联网应用；（4）四级：针对个人隐私信息的物联网应用；（5）五级：针对实验性、演示性等特殊物联网应用。

三、物联网安全等级保护措施1. 物联网感知层安全措施（1）设备安全：对物联网设备进行安全设计，包括物理安全、网络安全、数据安全等方面；（2）数据安全：对感知层采集的数据进行加密、脱敏等处理，防止数据泄露；（3）接口安全：对物联网设备与网络层的接口进行安全设计，防止非法访问。

《物联网信息安全》教学大纲一、课程基本信息课程名称：物联网信息安全课程类别：专业必修学分：＿____学时：＿____先修课程：计算机网络、密码学基础二、课程目标通过本课程的学习，使学生了解物联网信息安全的基本概念、原理和技术，掌握物联网系统面临的安全威胁及相应的防护措施，培养学生分析和解决物联网信息安全问题的能力，为学生今后从事物联网相关领域的工作奠定坚实的基础。

三、课程内容（一）物联网信息安全概述1、物联网的概念、体系结构和应用领域2、物联网信息安全的重要性和特点3、物联网信息安全的研究内容和发展趋势（二）物联网感知层安全1、感知层的组成和工作原理2、感知层面临的安全威胁，如物理攻击、信息窃取、恶意节点等3、感知层的安全防护技术，包括传感器加密、身份认证、访问控制等（三）物联网网络层安全1、网络层的主要技术，如无线传感器网络、移动通信网络等2、网络层的安全威胁，如路由攻击、DoS 攻击、中间人攻击等3、网络层的安全协议和加密技术，如 IPSec、SSL/TLS 等（四）物联网应用层安全1、应用层的主要应用，如智能交通、智能家居、智能医疗等2、应用层面临的安全威胁，如数据泄露、隐私侵犯、恶意软件等3、应用层的安全机制，如数据加密、数字签名、访问控制等（五）物联网系统安全管理1、物联网系统的安全策略和规划2、安全风险评估和漏洞管理3、应急响应和灾难恢复（六）物联网信息安全实验1、传感器加密实验2、网络层安全协议配置实验3、应用层安全机制实现实验四、教学方法本课程采用课堂讲授、案例分析、实验教学和小组讨论相结合的教学方法。

1、课堂讲授：讲解物联网信息安全的基本概念、原理和技术，使学生掌握课程的核心知识。

2、案例分析：通过实际案例分析，加深学生对物联网信息安全问题的理解和解决能力。

3、实验教学：安排相关实验，让学生亲自动手实践，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力。

4、小组讨论：组织学生进行小组讨论，培养学生的团队合作精神和创新思维。

物联网安全技术在当今数字化的时代，物联网（Internet of Things，IoT）已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。

从智能家居设备到工业控制系统，物联网将各种设备和传感器连接到网络，实现了智能化的管理和控制。

然而，随着物联网的广泛应用，安全问题也日益凸显。

物联网安全技术的重要性不言而喻，它关乎着个人隐私、企业数据安全以及社会的稳定运行。

物联网的构成通常包括感知层、网络层和应用层。

感知层由各种传感器和终端设备组成，负责收集数据；网络层负责数据的传输；应用层则对数据进行处理和分析，以提供各种服务和应用。

在这个复杂的体系中，每个环节都可能存在安全隐患。

首先，在感知层，由于物联网设备的计算能力和存储资源有限，它们往往缺乏强大的安全防护机制。

许多物联网设备使用简单的默认密码，甚至有些设备根本没有密码保护，这使得黑客很容易入侵并控制这些设备。

此外，一些设备的硬件和软件设计存在漏洞，可能被攻击者利用来获取敏感信息或发起拒绝服务攻击。

在网络层，数据传输的安全性是至关重要的。

如果传输过程中数据没有进行加密，那么就有可能被窃取或篡改。

另外，无线网络的开放性也给物联网带来了很大的安全风险，例如 WiFi 网络容易受到中间人攻击。

而在应用层，由于大量的数据在此进行处理和分析，如果应用程序存在安全漏洞，可能导致数据泄露、权限滥用等问题。

同时，用户身份认证和授权管理也是应用层安全的重要方面，如果认证和授权机制不完善，非法用户可能会获取到未授权的访问权限。

为了解决物联网中的安全问题，一系列的安全技术应运而生。

加密技术是保障物联网数据安全的重要手段之一。

通过对数据进行加密，可以确保即使数据在传输过程中被截获，攻击者也无法解读其中的内容。

常见的加密算法包括对称加密算法（如 AES）和非对称加密算法（如 RSA）。

对称加密算法速度快，适用于大量数据的加密；非对称加密算法则更适用于密钥的交换和数字签名等场景。

身份认证技术用于确认物联网设备和用户的身份。

物联网感知层的关键技术感知层是物联网的基础,是联系物理世界与信息世界的重要纽带。

感知层是由大量的具有感知、通信、识别（或执行）能力的智能物体与感知网络组成.其主要技术有：传感器技术、RFID技术、二维码技术、Zig-Bee 和蓝牙技术。

1.传感器技术传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求.它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感官来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断（即人的思维）和处理，再指挥人作出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的本能。

但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如,人总不能利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度吧,而且也不可能辨别温度的微小变化，这就需要电子设备的帮助。

同样，利用电子计算机特别象计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，那么计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而没有感知外界信息的“五官”显然是不足够的，中央处理系统也还需要它们的“五官"——即传感器。

基于传感器的传感器技术是对感知节点的不同定义与探索.比如一个温度传感器可以实时地传输它所测量到得环境温度，这是基于温度利用汞的液态与温差变化而形成的；声控灯安装在楼道之间,有人路过就亮，这是基于人走路时声音的分贝大小来进行控制；高速路上的收费站人们开车经过时，在地面的称重传感器会将车辆重量反馈给电脑，以便确认其是否超重，这是基于弹簧弹性收缩变化的张力长度来进行测量。

未来传感器技术可能是温度、湿度、声音、压力等物理参数，亦可以是氧气、二氧化碳等化学成分的含量等化学参数.把这些物理与化学集合而成的传感器是现在人们追求的技术，及机器人得目标。

2.RFID技术RFID（射频识别技术）是一门独立的将不同的跨学科的专业技术综合在一起，如高频技术、微波与天线技术、电磁兼容技术、半导体技术、数据与密码学、制造技术和应用技术等。

物联网感知层一、概述物联网是“传感网”在国际上的通称，是传感网在概念上的一次拓展。

通俗地讲，物联网就是万物都接入到互联网，物体通过装入射频识别设备、红外感应器、GPS 或其他方式进行连接，然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网，最终形成智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理和信息采集分析。

物联网应该具备三个特征，一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。

在业界，物联网大致被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。

其中感知层由各种具有感知能力的设备组成，主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。

感知层至关重要,是物物相连的基础,是实现物联网的最底层技术。

物联网感知层是物联网络建立的基础，深入的了解物联网感知层的网络层部分为建立低成本、高效、灵敏的物联网络提供一定的一局。

感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。

物联网与传统网络的主要区别在于，物联网扩大了传统网络的通信范围，即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信。

作为下一代信息浪潮的新热点，国内外政府公司和研究机构对物联网投入了极大的关注，IBM 公司提出“智慧地球”，日本和韩国分别提出了“U-japan”和“U-Korea”战略，这都是从国家工业角度提出的重大信息发展战略。

中国针对物联网到来的信息浪潮，提出了“感知中国”的发展战略。

二、感知层技术1．传感器技术人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感觉来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断和处理，大脑再指挥人做出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的能力。

物联网安全体系的4大部分
 物联网安全体系结构包括感知层安全、网络层安全、应用层安全和安全管理四个部分。

在实际应用中，物联网安全技术是一个有机的整体，各部分的安全技术是互相联系、共同作用于系统的。

 物联网安全支撑平台的作用是将物联网安全中各个层次都要用到的安全基础设施集成起来，使得全面的安全基础设施成为一个整体，而不是各个层次之间相互隔离。

这些安全基础设施包括安全存储、PKI、统一身份认证、密钥管理等。

例如，身份认证在物联网中应该是统一的，用户应该能够单点登录，一次认证、多次使用，而不需要用户每次都输入同样的用户名和口令。

 
 感知层安全是物联网中最具特色的部分。

感知节点数量庞大，直接面向世间万“物”。

感知层安全技术的最大特点是“轻量级”，不管是密码算法还是各种协议，都要求不能复杂。

“轻量级”安全技术的结果是感知层安全的等级比网络层和应用层要“弱”，因而在应用时，需要在网络层和感知层之间部署安全汇聚设备。

安全汇聚设备将信息进行安全增强之后，再与网络层交换，以弥补感知层安全能力的不足，防止安全短板。