物聯(lián)網(wǎng)信息安全 課件 第7章 物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)應(yīng)用

1.物聯(lián)網(wǎng)機房遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)2.物聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)《物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)》介紹信息安全的基礎(chǔ)知識，概述物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和主要特征，分析物聯(lián)網(wǎng)所面臨的安全挑戰(zhàn)，提出物聯(lián)網(wǎng)安全的體系結(jié)構(gòu)，同時闡述物聯(lián)網(wǎng)安全主要的關(guān)鍵技術(shù)；分別從感知層安全、網(wǎng)絡(luò)層安全、應(yīng)用層安全及安全管理等方面對物聯(lián)網(wǎng)安全進行了介紹，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)安全、RFID安全、核心網(wǎng)安全、移動通信接入安全、無線接入安全、數(shù)據(jù)處理安全、數(shù)據(jù)存儲安全、云安全、安全管理等，并舉例說明物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)的典型應(yīng)用，最后對物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了總結(jié)。物聯(lián)網(wǎng)機房遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)背景和意義目前,全國現(xiàn)行的高速公路機電系統(tǒng)的通訊傳輸模式普遍采用節(jié)點式架構(gòu),也就是通過層層匯聚來形成了點-面-網(wǎng)的傳輸模式。在設(shè)備端或信號的采集端都會建設(shè)若干的無人值守機房,機房內(nèi)安裝信號匯聚以及傳輸設(shè)備,而設(shè)備的運行工作狀態(tài)直接影響數(shù)據(jù)傳輸效率,進而對整個路網(wǎng)的運營都會造成直接影響。因此,要嚴格保障機房設(shè)備的安全、可靠的運營,尤其是減少周圍環(huán)境變化對機房內(nèi)設(shè)備運行的影響。在高速公路建設(shè)中,幾乎所有無人值守機房都坐落于野外,自然環(huán)境惡劣,并且一般機房的溫控設(shè)備(主要指空調(diào)器)均使用農(nóng)用電網(wǎng)直接供電,農(nóng)業(yè)電網(wǎng)有著十分明顯的伴隨農(nóng)業(yè)活動的變化而變化的供電特性,農(nóng)忙季節(jié)頻繁停電或者造成電壓過低過高的情況時有發(fā)生,在供電出現(xiàn)異常后機房UPS會啟動,收費站區(qū)發(fā)電機組稍后也會啟動,這些都保證了高速公路大部分機電系統(tǒng)的持續(xù)運行,但由于機房空調(diào)器使用的農(nóng)電直接供電,停電后將停止了運行,由于設(shè)備自身原因,即使恢復(fù)供電(包括發(fā)電機供電)也不能自動啟動,必須人為干預(yù)才能開機工作,造成設(shè)備正常工作時間減少。同時,機房內(nèi)的環(huán)境異常變化情況也沒有有效的傳輸手段,將異常情況通知相關(guān)人員,往往在發(fā)現(xiàn)時,已經(jīng)造成不可挽回的損失。需求分析

綜上所述,造成了無人值守機房內(nèi)的工作環(huán)境無法及時有效的保障,對設(shè)備正常運行形成安全隱患。如果停電發(fā)生在夏季,空調(diào)器停止運行超過一小時,機房溫度就將超過設(shè)備正常工作的上限溫度,高溫足以使大部分機電設(shè)備停止運行甚至造成不可逆轉(zhuǎn)的損毀。解決因環(huán)境溫度過高(過低)而造成設(shè)備損壞或異常的問題是無人值守機房現(xiàn)有環(huán)境下最迫切和最具價值的舉措。這個舉措,將會有效避免巨大的維修費用支出、有效避免運營成本升高、避免產(chǎn)生社會負面效應(yīng)。在保障無人值守機房環(huán)境的工作中,急需解決如下問題:1.溫控設(shè)備無法正常工作一般坐落在野外的無人值守機房內(nèi)的空調(diào)器均采用農(nóng)用電網(wǎng)直接供電,在出現(xiàn)供電異常后空調(diào)器停止工作,當供電正常后,也無法自動啟動,必須人為干預(yù)才能開機工作。這就需要機房設(shè)置可以自行啟動空調(diào)器的裝置,最大限度的延長空調(diào)器的工作2.環(huán)境異常情況無法及時傳遞無人值守機房基本沒有環(huán)境報警系統(tǒng),即使存在,也是單獨工作的獨立設(shè)備,無法保障環(huán)境異常情況及時有效的傳遞,從而會致使設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生問題。因此將機房環(huán)境異常情況有效可靠的傳遞,也是必須解決的問題。3.無集中有效的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)對于機房環(huán)境監(jiān)控,目前還沒有真正切實有效的系統(tǒng),來保障機房正常的工作環(huán)境。有些機房設(shè)置了機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對單一,數(shù)據(jù)傳輸完全依賴于現(xiàn)有的高速公路通信系統(tǒng),如機房設(shè)備出現(xiàn)故障,導(dǎo)致通信系統(tǒng)出現(xiàn)問題,則環(huán)境監(jiān)控就陷入癱瘓,無法正常發(fā)揮作用。根據(jù)以上對整個機房環(huán)境的分析,解決無人值守機房環(huán)境保障問題,需要從下面三點進行突破:1、機房短暫停電又再次恢復(fù)供電,機房空調(diào)器需要及時干預(yù)并使其發(fā)揮作用;2、由于機房未能及時來電或者空調(diào)器本身發(fā)生故障時,機房環(huán)境溫度迅速升高(降低),超過設(shè)備工作溫度閾值時,應(yīng)及時能夠給予相關(guān)人員預(yù)警或告知。3、建立獨立有效的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng),在高速公路機電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時,能夠保證有效的進行異常信息發(fā)送。解決方法系統(tǒng)架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)模型目前物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)大致被公認為有三個層次,底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層,第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層,最上面則是內(nèi)容應(yīng)用層[3][4],具體描述如下。感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等,主要作用是識別物體,采集信息。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心和信息處理中心等。網(wǎng)絡(luò)層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合,與行業(yè)需求結(jié)合,實現(xiàn)行業(yè)智能化。在各層之間,信息不是單向傳遞的,也有交互、控制等,所傳遞的信息多種多樣環(huán)境監(jiān)測是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域[7],物聯(lián)網(wǎng)自動、智能的特點非常適合環(huán)境信息的監(jiān)測預(yù)警。本文所研究的機房環(huán)境遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含三個部分:感知層:數(shù)據(jù)采集單元作為微系統(tǒng)傳感節(jié)點,可以對機房溫度信息、濕度信息等進行收集,數(shù)據(jù)信息的收集采取周期性匯報模式,通過2G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行遠程傳輸。網(wǎng)絡(luò)層:采用通信運營商的2G通信網(wǎng)絡(luò)(主要是短信方式)實現(xiàn)互聯(lián),進行數(shù)據(jù)傳輸,將來自感知層的信息進行上傳。應(yīng)用層:集中監(jiān)控預(yù)警管理平臺部分,該平臺主要包含用戶認證系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)等組成,分別完成數(shù)據(jù)收集、傳輸、報警等功能構(gòu)建起面向機房環(huán)境監(jiān)測的實際應(yīng)用,如機房環(huán)境的實時監(jiān)測、趨勢預(yù)測、預(yù)警及應(yīng)急聯(lián)動等。系統(tǒng)功能1.信息采集傳統(tǒng)的方式是采用人工現(xiàn)場檢測并記錄,既費時又費力。本系統(tǒng)可以通過內(nèi)部數(shù)據(jù)采集單元,采集并記錄機房環(huán)境的信息,然后數(shù)字化并通過2G網(wǎng)絡(luò)傳送至集中管理平臺系統(tǒng)。只要記住各機房相關(guān)的ID號,就可以實時了解機房現(xiàn)場情況。同時,若機房增加其他檢測傳感器,如紅外報警、煙霧報警等,也可以接入本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元中,實現(xiàn)機房全方位的信息采集。當機房有外人入侵、火災(zāi)隱患等情況時,系統(tǒng)會以手機短信的方式第一時間向管理中心及相關(guān)人員報警。2.遠程控制當發(fā)現(xiàn)機房環(huán)境異常時,可以利用本系統(tǒng)控制相應(yīng)的設(shè)備進行及時處置,如溫度變化,則控制空調(diào)器或通風設(shè)施進行溫度調(diào)整。另外,可以在機房增加其他控制設(shè)備,如消防設(shè)施或者監(jiān)控設(shè)施、燈光等,都可以利用本系統(tǒng)實現(xiàn)遠程自動控制。3.集中監(jiān)控預(yù)警在管理中心設(shè)置一套集中監(jiān)控預(yù)警管理平臺,可以實時收集各機房的狀態(tài)信息,并分析相關(guān)信息內(nèi)容,根據(jù)現(xiàn)場信息反映的情況,采取相應(yīng)的控制和預(yù)警方案,集中統(tǒng)一管理各機房的工作環(huán)境。

系統(tǒng)組成系統(tǒng)具體實現(xiàn)以及部署如圖所示,主要包括采集單元、控制單元、網(wǎng)絡(luò)傳輸單元、集中處理單元等幾個部分采集單元系統(tǒng)采集單元,主要功能是負責采集機房內(nèi)的溫、溫度,經(jīng)過相應(yīng)的電路處理,完成溫濕度信號的采集、A/D轉(zhuǎn)換和顯示等功能,同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度預(yù)置,完成超限報警信號的輸出功能。控制單元在機房內(nèi)市電供電停止后,空調(diào)器斷電停止,一般經(jīng)過幾分鐘發(fā)電機組啟動并替代市電對所有用電器供電,此時,空調(diào)器獲知來電信號,空調(diào)自啟動單元自動開始工作,十秒鐘后,空調(diào)器自動打開,并開始以智能模式工作,溫度自動恒溫在25攝氏度。網(wǎng)絡(luò)傳輸單元本單元是利用手機SMS模塊加工而成,并配置鋰電子電池以保證無電環(huán)境下的續(xù)航工作。SMS模塊經(jīng)電路改造后與前面三個電路單元銜接配合,觸發(fā)信號作用于SMS模塊后即可將自定義信息內(nèi)容發(fā)到系統(tǒng)集中控制單元,同時相關(guān)人員的個人通訊工具(手機)上也獲得,相關(guān)人員接到告警信息即可通過信息判斷告警位置,并迅速做出反應(yīng),從而起到有效保護無人值守機房內(nèi)設(shè)備的作用。集中管理平臺利用專業(yè)開發(fā)的短信平臺軟件,實現(xiàn)短信集中管理的功能,主要提供平臺管理人員配置短信業(yè)務(wù)和查詢歷史的收發(fā)情況,接收客戶端請求,通過合理的調(diào)度,實現(xiàn)與收發(fā)渠道的實時交互,從而真正將短信發(fā)送出去或接收下來。效益分析1.降低能源消耗。在機房內(nèi)安裝照明、溫度監(jiān)控系統(tǒng),通過監(jiān)控室內(nèi)的照明度、溫度等來自動調(diào)節(jié)電燈和空調(diào)的溫度,從而達到節(jié)能的目的。2．提高辦事效率。實現(xiàn)遠程監(jiān)控后,可以實現(xiàn)實時檢測,減少了每次出行時間,提高了辦公效率。并且可以將數(shù)據(jù)進行數(shù)字化存儲,實現(xiàn)了無紙化辦公模式,最大程度的減少紙質(zhì)消耗,節(jié)約成本。3.減少交通能源消耗?？梢圆槐爻俗煌üぞ哌M行現(xiàn)場監(jiān)測,節(jié)約交通能源,降低污染的排放,保護了自然環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)門禁系統(tǒng)，又稱出入管理控制系統(tǒng)，是一種管理相關(guān)人員進出的數(shù)字化智能管理系統(tǒng)。在科學技術(shù)發(fā)達的今天，門禁系統(tǒng)已發(fā)展成為一套現(xiàn)代化的、功能齊全的管理系統(tǒng)，早已超出了單純的對門鎖及鑰匙的管理，而且還能有助于規(guī)范公司內(nèi)部人員的管理。它不僅能夠時刻自動記錄人員的出入情況，限制內(nèi)部人員的出入?yún)^(qū)域、出入時間，禮貌地拒絕不速之客，同時也將有效地保護財產(chǎn)不受侵犯。因此在當前，門禁管理系統(tǒng)已成為安全防范系統(tǒng)中極其重要的一部分，廣泛應(yīng)用在智能大廈、智能小區(qū)、辦公室、賓館等各種房間門、大門、人行通道的管理方面。傳統(tǒng)的門禁解決方案通過布置到每個門點的線纜進行聯(lián)網(wǎng)和控制。但是隨著項目的一個個展開，越來越多的業(yè)內(nèi)同行及客戶開始意識到了有線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自身存在著線纜眾多，安裝施工麻煩。例如，傳統(tǒng)的鎖具(電插鎖，磁力鎖)既不美觀，可靠性也差、斷電后無法使用、維護麻煩等方面的缺陷物聯(lián)網(wǎng)無線門禁系統(tǒng)無線實時聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)是應(yīng)用無線傳感技術(shù)，對無線一體化智能賓館鎖實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，其本質(zhì)上就是一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，所以也可以稱為物聯(lián)網(wǎng)無線門禁系統(tǒng)，就功能而言，在辦公樓宇的場合完全可替代傳統(tǒng)的有線聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線一體化智能賓館鎖、主控器（含天線擴展模塊）及管理軟件組成。智能賓館鎖與主控器之間是通過2.4GHz無線頻段進行無線通信。物聯(lián)網(wǎng)無線門禁系統(tǒng)優(yōu)勢1.無需布線、安全可靠、低功耗節(jié)能2.能對門鎖狀態(tài)進行實時管理，智能、美觀、維護方便3.可實現(xiàn)一卡通用，管理、授權(quán)應(yīng)用方便4.可與有線門禁系統(tǒng)配合使用為了體現(xiàn)門禁管理的現(xiàn)代化、功能化、人性化、合理化，對該系統(tǒng)要求采用成熟、實用的系統(tǒng)，并具備將來的可擴充和升級，從而保證該智能化系統(tǒng)工程能夠在將來相當長的時期內(nèi)實用、適用、夠用。在以經(jīng)濟實用、適當超前為原則，重點控制系統(tǒng)規(guī)模和造價，以盡可能高的性價比，為用戶提供經(jīng)濟、實用、先進的智能化系統(tǒng)。根據(jù)實際需求情況的分析，系統(tǒng)應(yīng)具備以下主要功能：門禁管理功能需求：需要對所有持卡人進行分級管理，每個工作人員都有相應(yīng)區(qū)域的通行權(quán)；當網(wǎng)絡(luò)故障時，每個門禁控制單元都可獨立運行，避免系統(tǒng)因其它原因而癱瘓；系統(tǒng)控制中心可實時了解每個門禁點的狀態(tài)；當出現(xiàn)非法開門等異常情況出現(xiàn)，系統(tǒng)可發(fā)出報警，同時啟動相應(yīng)的系統(tǒng)的聯(lián)動控制。用戶所配置的門禁管理系統(tǒng)需要采用國際先進的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保了系統(tǒng)在脫機狀態(tài)下的可靠性較高，在聯(lián)機狀態(tài)下的實時性強的特點。先進性，可靠性，抗干擾性，安全性，低功耗，無線信號無盲區(qū)覆蓋，擴展性設(shè)計原則系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)采用無線一體化智能賓館鎖，只需將門禁主控器接入公司局域網(wǎng)內(nèi)即可，門鎖與主控器之間通過Wi-Fi無線功能連接傳遞實時數(shù)據(jù)。主控器與服務(wù)器之間通過網(wǎng)線連接。為解決門鎖與門禁主控器之間由于無線信號太弱而導(dǎo)致無法正常通信的問題，在走廊頂上可采用RS485總線連接天線擴展模塊。無線門鎖采用賓館鎖的造型設(shè)計，所有門點讀卡、聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備均安裝在一體化智能賓館鎖內(nèi)，所以不涉及現(xiàn)場布線施工，也不影響現(xiàn)場環(huán)境，施工簡便，建設(shè)周期極短。系統(tǒng)的安全性說明門禁系統(tǒng)對安全性要求很高，本系統(tǒng)在安全上的安全等級等同于網(wǎng)上電子銀行，比目前大多數(shù)有線門禁系統(tǒng)要安全可靠得多，具體有以下幾點保障措施。①UKey(U盾)使用②動態(tài)密鑰③AES加密④Wi-Fi通訊支持WPA2-AES加密⑤異常數(shù)據(jù)報警①UKey(U盾)使用門鎖管理電腦上需要有本公司提供的專用Ukey（或叫U盾，插在電腦USB接口上，形似優(yōu)盤）系統(tǒng)才能進行有效操作，系統(tǒng)密鑰與Ukey進行雙重加密。每把門鎖及每張門卡上均有用戶唯一的密鑰，無法復(fù)制以防止外界破解和進入。無線門鎖采用干電池供電，一般可持續(xù)使用1年以上，而目前多數(shù)的有線門禁的門鎖是通電工作，只要斷電所有門都自動開啟，公司的安保將受到嚴重影響。②動態(tài)密鑰動態(tài)密鑰的基本思想是在保持系統(tǒng)主密鑰不變的情況下，無線門禁主控器與無線門鎖每通訊一次，就使用本次通訊中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)動態(tài)改寫通訊密鑰一次，以此來確保通訊密鑰不斷更新，從而不被破解。③AES加密無線門禁主控器與無線門鎖通訊數(shù)據(jù)采用AES加密技術(shù)。AES（TheAdvancedEncryptionStandard）是美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）最新發(fā)布的加密技術(shù)標準。旨在取代目前包括銀行業(yè)電子資金轉(zhuǎn)帳等領(lǐng)域仍廣泛使用的DEC數(shù)據(jù)加密標準。④Wi-Fi通訊支持WPA2-AES加密增強型門禁無線主控器可通過Wi-Fi與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，并且通訊支持WPA2-AES加密。WPA（Wi-FiProtectedAccess）是Wi-Fi通訊的加密保護手段，而第二代WPA標準（WPA2）更是同時支持AES加密方式，是目前Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)通訊最高安全標準。⑤異常數(shù)據(jù)報警在系統(tǒng)檢測到有異常數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生報警信號并發(fā)送到中心。如有人在使用窮舉法破解密碼，系統(tǒng)將在收到10個異常數(shù)據(jù)后開始發(fā)出報警信息。系統(tǒng)功能特點①高可靠的開門流程無線信號正常時，用戶在門鎖處刷卡，門鎖將讀取的卡片信號通過無線信號發(fā)送至天線擴展模塊，天線擴展模塊再將信號發(fā)送至無線門禁主控器，無線門禁主控器根據(jù)上層軟件預(yù)置的信息來判斷是否允許該卡開門。當無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接中斷，門鎖工作在離線狀態(tài)，此時等同一把賓館鎖，不影響用戶正常出入，當出現(xiàn)極端故障或失電狀態(tài)，門鎖等同于一把機械鎖，可采用鑰匙開啟。此刻的刷卡記錄保存在鎖具內(nèi)部，可保存不少于200條的刷卡記錄，在無線信號系統(tǒng)恢復(fù)正常時立即自動上傳到主控器。在某些極端情況（比如電池徹底沒電或電路板損壞），可以采用機械鑰匙應(yīng)急開門②實時監(jiān)測實時監(jiān)測門點通訊、電量、開關(guān)門、保險、刷卡信息。在電池低電量報警后仍能正常工作15天。系統(tǒng)支持電子地圖功能，可直觀地監(jiān)測每個門點的信息。房門狀態(tài)和人員進出情況都可實時反映于控制室的電腦中。③豐富的報警信息系統(tǒng)具有自檢功能,典型故障可實時反饋于主機，如異常刷卡、非法侵入、低電量、設(shè)備脫機、門未關(guān)好等系統(tǒng)則會馬上進行報警，便于監(jiān)控人員及時排除④實時管理1) 開門權(quán)限管理能夠通過對卡片的授權(quán)，使不同級別的授權(quán)卡可開啟門的種類、數(shù)量及有效時間也隨之改變，如有些卡可以開啟所有的門，有些卡只能在指定時間開啟指定的門。2) 操作權(quán)限管理能夠通過對操作人員的授權(quán)，使不同的操作人員可操作的軟件功能不同，如系統(tǒng)管理員可對所有項目進行操作，而部門管理人員只能對本部門的信息進行查詢與管理。所有的開關(guān)門權(quán)限、掛失卡、黑名單即