【我的物联网成长记9】物联网平台安全如何破？

【摘要】 很多朋友都很关心华为物联网云平台的安全能力，今天它来了。安全的设备接入，稳定放心；安全的数据传输，可靠不怕泄露；安全的数据处理，保护用户隐私。今天我们就将围绕端、管、云和应用的安全能力为大家进行详细介绍。

物联网的核心是建立一个万物感知、万物互联、万物智能的网络，驱使全球各行各业向数字化和智能化转型。正如硬币有正反两面，物联网在驱动全行业数字化的同时，也带来了物联网技术应用的安全风险，据Gartner分析预测，到2020年，企业发现的攻击中超过25%涉及物联网。

（注：引自Gartner 2017年IoT分析报告，https://www.gartner.com/imagesrv/books/iot/iotEbook_digital.pdf）

随着物联网业务越来越多的进入落地运营阶段，客户也明显认识到物联网安全的重要性，全球各行业在物联网安全的支出也越来越高。由于不同的商业应用面临的安全威胁差异巨大，物联网安全也从单一的产品安全，逐步走向端到端解决方案，并从端到端解决方案安全提升到整个架构的安全。通过不断演进的安全架构，来满足未来更多新的商业场景，如智慧农业、智慧城市、智慧交通等。因此，华为凭借在互联网、运营商网络多年的安全技术和经验积累，围绕端、管、云和应用构筑领先的物联网安全解决方案防护体系架构。今天我们就将为大家详细讲述其中的几种安全方案。

一机一密设备安全接入

一机一密安全接入方案适用于MQTT设备的接入鉴权。所谓一机一密，即物联网平台会为每一个MQTT设备分配唯一的密钥信息，设备在烧录时，将该密钥信息提前烧录到设备中。当设备与物联网平台进行连接时，物联网平台对设备接入时携带的密钥信息进行认证，认证通过后，设备与物联网平台之间才能建立连接和传输数据。

1. 用户通过应用在物联网平台上注册设备，将设备的nodeId（设备的唯一标识，一般为IMEI或MAC地址）信息注册到平台中。

2. 物联网平台收到注册信息后，将生成全局唯一的deviceId和secret信息，并在平台进行加密存储。

3. 物联网平台向设备返回注册响应，携带deviceId和secret信息，用于后续设备的接入鉴权。

4. 用户进行设备的烧录，将deviceId和secret信息烧录到设备中。

5. 设备（MQTT客户端）向物联网平台（MQTT服务端）发起建链请求，携带deviceId和secret信息。

6. 物联网平台将设备携带的deviceId和secret信息与平台存储的信息进行鉴权认证，鉴权通过后，允许设备与物联网平台之间建立MQTT连接。

7. 设备与物联网平台之间通过建立的MQTT连接进行数据传输。

DTLS+数据安全传输

DTLS+加密方案，适用于建立NB-IoT设备的安全传输通道。在与物联网平台之间进行消息交互时，会在设备与平台之间建立DTLS+（Datagram Transport Layer Security，数据报传输层安全性协议）通道，对设备与物联网平台之间的数据传输通道进行加密。相比传统的DTLS协议，DTLS+在会话协商等方面做了优化，减少了终端与物联网平台通信过程中的握手次数，从而延长终端电池的使用寿命。下面我们就来看看NB-IoT设备详细的接入过程。

1. 设备厂商批量烧录PSK到设备中，用于设备接入时的DTLS建链。

2. 用户通过应用在物联网平台上注册设备，将设备的nodeId（设备的唯一标识，一般为IMEI或MAC地址）和PSK信息注册到平台中。当然，用户也可以选择先在物联网平台上注册完设备后，再将注册的PSK烧录到设备中。

3. 物联网平台将应用注册的设备信息在平台上进行加密存储，用于后续DTLS建链和设备的接入鉴权。

4. 注册完成后，物联网平台会向设备返回注册响应消息。

5. 设备接入物联网平台，发起DTLS建链请求，请求消息中携带nodeId和PSK。其中，PSK用于与平台存储的PSK进行校验，校验通过后，保留会话信息（源/目的IP地址、源/目的端口号、协议类型），建立DTLS链接成功。DTLS+是在DTLS的基础上，引入Resume_ID，在后续的交互过程中，通过Resume_ID即可建立DTLS链路，而不需要重新协商，可以大大减少协商过程中的消息交互次数，达到设备省电的目的。nodeId用于设备的身份认证，只有设备携带的nodeId与平台存储的一致，才允许设备的接入。

6. 通过DTLS链路，设备上报数据和应用下发命令的传输通道，均为加密通道，从而保障了设备与平台、应用交互的过程中，数据不会被非法窃取。

X.509数字证书安全认证

数字证书是由CA（Certificate Authority）机构发行的一种电子文档，是一串能够表明网络用户身份信息的数字，提供了一种在计算机网络上验证网络用户身份的方式。数字证书可以校验对方身份的合法性，还可以协商数据加密密钥，对交换的数据进行加密，同时还可以通过数字摘要校验数据的完整性。在物联网平台中，数字证书校验用户身份主要用于以下场景：

• MQTT设备接入：MQTT设备接入时，采用加密的MQTTS协议，设备侧需要校验物联网平台的合法性，同时协商数据传输的加密密钥。

• 应用调用API接口：应用调用物联网平台的API接口时，采用加密的HTTPS协议，应用需要校验物联网平台的合法性，同时协商数据传输的加密密钥。

• 设备数据推送：物联网平台向应用推送订阅的设备数据时，采用加密的HTTPS协议，物联网平台需要校验应用的合法性，同时协商数据传输的加密密钥。

首先我们来看下网络用户身份真实性的校验过程：

1. Client A预置CA机构颁发的CA根证书（包含了CA公钥），然后向Server B发起建链请求，以明文的方式发送随机数RandomC、SSL版本、支持的加密算法等信息。

2. Server B向Client A以明文的方式返回服务器证书、随机数RandomS和协商后的加密算法。服务器证书是用CA机构的CA私钥进行加密的，包含了服务器的公钥信息。

3. Client A获取到Server B返回的服务器证书后，验证证书的合法性。Client A用CA根证书对服务器证书进行解密，获得证书的有效期、公钥、摘要（Hash值X）等信息，Client A通过Hash算法计算证书内容，得到Hash值Y，然后比较Hash X和Hash Y的一致性，如果一致，则验证了Server B的真实性。证书校验完成后，Client A会生成随机数PreMaster Key，然后根据获取的三个随机数（RandomC、RandomS和PreMaster Key）和协商后的加密算法生成一个会话密钥，该会话密钥用于后续的数据加密。

   注：可能有人会问，为什么还需要一个额外的随机数来生成会话密钥。因为客户端与服务端在交换RandomC和RandomS的过程中，都是明文的方式在进行通信，很有可能被不法分子窃取。因此通过这两个随机数计算出的会话密钥是不安全的，所以引入了第三个随机数PreMaster Key，该随机数在传递过程中，都是密文形式，即使被窃取，没有私钥也是解密不了的。然后在通过这三个随机数生成一个会话密钥，安全性就大大增加，破解的难度就更高了。

4. Client A用从Server B获得的公钥，对PreMaster Key进行加密，并以密文的形式发送给Server B。

5. Server B获取到使用自己公钥加密后的密文后，使用自己的私钥对密文进行解密，得到随机数PreMaster Key，然后根据获取的三个随机数（RandomC、RandomS和PreMaster Key）和协商后的加密算法生成一个会话密钥。

6. Server B会将握手消息通过Hash算法得到一个Hash值，然后使用计算生成的会话密钥进行加密，以密文的形式发送给Client A。

7. Client A通过生成的会话密钥，对密文进行解密并计算握手消息的Hash值，计算的Hash值与解密获得的Hash值一致，表明密文是没有被修改过的。至此，Client A和Server B的SSL握手结束。

8. 后续Client A与Server B的通信，均通过会话密钥进行加密后进行传输，从而保障了传输过程中的数据安全。

平台数据隐私保护处理

华为物联网平台依据如下图的个人数据处理基本原则进行用户数据、设备数据的采集、存储、处理和销毁，满足GDPR（General Data Protection Regulation）法规对个人数据处理的要求。

（1）数据主体的“知情权”

通过华为云隐私政策提供隐私声明，包括详细的个人数据清单、系统收集用的所有个人数据，手机的目的和缺省存留期，帮助数据控制者了解平台个人数据的使用情况。

（2）数据主体的“更正权”

用户可以通过管理控制台或者API接口更新设备信息，例如更新设备的厂商信息、厂商名称等，以及新增、更新设备的产品模型信息。

（3）数据主体的“可删除、被遗忘权”

华为物联网平台提供个人数据的删除机制：

• 对于设备静态数据，如设备注册信息，控制台和API接口均提供删除设备的接口。

• 对于设备动态数据，如设备上报的数据，会根据用户设置的存留期进行处理，超过存留期则永久性删除。

（4）提供适当的安全保护措施

• 个人数据的访问控制机制，租户之间相互隔离，只有授权的帐号才能访问个人、设备的数据，文件的管理权限采用最小权限原则设置。

• 敏感数据的加密存储，对于个人、设备的敏感数据，如密钥、GPS位置信息等敏感数据进行加密存储。

• 个人数据匿名化处理，物联网平台支持用户导出个人数据，在导出数据时，对于个人敏感数据，如帐号、IMEI、GPS位置信息等数据进行匿名化处理。

• 提供Web安全防护机制，如防XSS攻击，防SQL注入攻击，防CSRF攻击等，防止通过上述攻击引起的数据泄露或篡改。

• 提供基本的组网隔离措施，关键的数据库部署在独立的虚拟机，不同子网之间通过访问控制策略限制，从组网上提升整个系统安全性。

后记

物联网平台的安全能力构筑是一个端到端的系统工程，华为正在围绕端、管、云和应用，不断构筑和提升端到端的安全架构和能力，如DICE安全设备接入、HIDS主机安全、异常设备检测/隔离等安全能力。

作者：华为云专家 我是卤蛋