IoT由內(nèi)而外的安全

　　很多物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備都是我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫?，例如家電和恒溫器等，因此，網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)是IoT系統(tǒng)供應(yīng)商首先要考慮的問題。人們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅絾栴}最容易讓人沮喪：如果您的冰箱由于軟件缺陷而停止工作，這是不是也會(huì)成為頭版頭條!

　　IoT產(chǎn)品在安全上有各種層面的考慮，從基本的數(shù)據(jù)流加密到用戶和設(shè)備級(jí)的認(rèn)證等。在這篇文章中，我們重點(diǎn)介紹網(wǎng)絡(luò)級(jí)安全。

　　一個(gè)典型的IoT設(shè)備位于私有網(wǎng)路中，在防火墻的后面。這種體系結(jié)構(gòu)既有優(yōu)點(diǎn)也有問題。一方面，它減少了設(shè)備與防火墻和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)本身的安全接觸，無論如何，減輕了網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商的安全責(zé)任。安全代理有助于降低CPU成本。另一方面，防火墻阻止了云服務(wù)器出于通過移動(dòng)應(yīng)用程序進(jìn)行控制的目的而直接連接IoT設(shè)備。

　　有些技術(shù)能夠幫助旁路防火墻，支持從云端到IoT設(shè)備的輸入連接。但是，很多這類技術(shù)利用了漏洞，并不是所有網(wǎng)絡(luò)都支持這樣做，而且，這種體系結(jié)構(gòu)很難設(shè)計(jì)一種真正安全的 IoT設(shè)備。旁路防火墻最簡單、最安全、最可靠的方法是IoT設(shè)備符合“僅輸出連接”規(guī)則：所有連接都是從設(shè)備向云端發(fā)起，然后，設(shè)備應(yīng)保持這一連接是開放的。這一方法簡單而且更安全，這是因?yàn)樗灰揽糠阑饓Φ拈_放端口，也不依靠讓防火墻完成數(shù)據(jù)流路由的技術(shù)，例如，NAT會(huì)話穿越(STUN)方法等。

　　建立連接后，我們應(yīng)選擇怎樣高效的使用連接，在響應(yīng)和資源占用之間達(dá)到均衡。HTTP 長輪詢是一種雙向通信，基于“由內(nèi)而外輸出 標(biāo)準(zhǔn)的方法 (圖1)。

　　圖1. 雙向通信，基于由內(nèi)而外標(biāo)準(zhǔn)的方法

　　在長輪詢模型中，IoT 設(shè)備向服務(wù)器發(fā)出HTTP請(qǐng)求。服務(wù)器延遲對(duì)HTTP請(qǐng)求的響應(yīng)，直至經(jīng)過了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間周期，或者直至收到要求響應(yīng)IoT設(shè)備的命令或者請(qǐng)求。如果命令是必須的，服務(wù)器會(huì)立即響應(yīng)命令，IoT客戶端處理命令。IoT客戶端會(huì)立即發(fā)出另一服務(wù)器 HTTP 請(qǐng)求，開始循環(huán)。如果命令或者請(qǐng)求需要向服務(wù)器提供結(jié)果，那么，它會(huì)在新的長輪詢請(qǐng)求中進(jìn)行。

　　這一方法有幾種優(yōu)點(diǎn)。從IoT設(shè)備的角度看，HTTP簡單，輕量，而且還有很多支持庫。HTTP還提供了互聯(lián)網(wǎng)路由功能，包括對(duì)長輪詢所需要的持續(xù)連接的支持。

　　HTTP還支持任意負(fù)載，您可以靈活的選擇與設(shè)備相關(guān)的消息。我們成功的在長輪詢上使用了JSON/REST語法，以及谷歌協(xié)議緩沖消息。

　　從云端服務(wù)器的角度看，大部分工作框架都是設(shè)計(jì)成處理HTTP請(qǐng)求，支持服務(wù)器開發(fā)人員自由的使用現(xiàn)有工作框架和庫以加速開發(fā)。

　　HTTP 長輪詢還支持服務(wù)器通過簡單的實(shí)現(xiàn)更長的響應(yīng)延時(shí)，從而控制帶寬利用率。而且，通過增加簡單的“輪詢定時(shí)器”，迫使 IoT 客戶端延時(shí)HTTP請(qǐng)求，這樣，您很容易獲得真輪詢模型，一方面，犧牲響應(yīng)時(shí)間，而另一方面，降低了對(duì)資源的占用，可以使用電池供電。

　　WebSockets 是另一種選擇，與HTTP長輪詢非常相似。WebSockets與HTTP幀頭配合使用，效率非常高。WebSockets還提供實(shí)時(shí)設(shè)備至服務(wù)器提醒功能，某些應(yīng)用會(huì)需要這一功能。為獲得長輪詢模型的實(shí)時(shí)提醒功能，必須使用單獨(dú)的套接字，以保持服務(wù)器控制的長輪詢通道。

　　然而，并不是所有服務(wù)器工作框架都支持WebSockets，在很少的一些實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)布線會(huì)成為問題。在不遠(yuǎn)的將來，WebSockets 會(huì)是很好的選擇，但是目前而言，我不會(huì)使用它，除非您的目標(biāo)環(huán)境支持它。

　　這些技術(shù)的基礎(chǔ)都是傳輸控制協(xié)議(TCP)套接字。合理可行的安全模型在這一套接字連接上對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密。雖然最近有些不好的消息，但是安全套接字層(SSL)或者傳送層安全(TLS)仍然是加密層最好的選擇。SSL 通過的審查最多，支持最多，也最被容易理解。

　　您想過要發(fā)明自己的協(xié)議?考慮到最近的安全缺陷，例如，目前出名的“Heartbleed” 缺陷，它來自一些大公司的SSL和開放源庫，這說明了很難開發(fā)一種真正安全的協(xié)議，更不用說正確的實(shí)現(xiàn)它。因此，在嘗試自己的安全方案之前一定要三思。

　　然而，SSL 本質(zhì)上是一種大規(guī)模協(xié)議，在連接建立過程中需要很多次握手。這種開銷進(jìn)一步說明所有通信應(yīng)使用持續(xù)連接方法，好在HTTPS長輪詢(結(jié)合TCP套接字“保持連接”，因此，每次輪詢不會(huì)重新打開)適合這一應(yīng)用。

　　SSL還會(huì)占用大量的代碼空間和運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)器。對(duì)于資源豐富的云服務(wù)器，SSL資源開銷并不是太大的問題，但是對(duì)于低成本IoT設(shè)備卻不然，這是因?yàn)榇鎯?chǔ)器和CPU功耗是首當(dāng)其沖要考慮的。當(dāng)考慮IoT設(shè)備的SSL庫時(shí)，如果您選擇的SSL庫提供了選項(xiàng)來禁用您不使用的功能，那么應(yīng)評(píng)估您需要使用 SSL 的哪些功能。您還應(yīng)該看看目標(biāo)硬件能否幫助您減輕負(fù)載。SSL 基于高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)、安全哈希算法(SHA)，以及其他標(biāo)準(zhǔn)密碼算法。很多硬件平臺(tái)提供專門的加密硬件，把這些計(jì)算從CPU中卸載下來。

　　最后，這些方法實(shí)際上是在資源和理解安全需求之間達(dá)到均衡。認(rèn)真的思考，提前規(guī)劃好有助于解決很多棘手的問題。