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物聯網操作系統安全性分析

bt0sea · 2015/09/10 20:49

0x00 前言

物聯網目前是繼移動互聯網之后的又一個未來IT發展的藍海。智能設備的不斷涌現已經在不知不覺中占領我們的生活，顛覆我們的原有的思維模式，記得前幾年我還帶著一塊天梭的機械手表，近段時間地鐵好多人都佩戴iWatch等智能手表。還有智能手環、智能燈等在不斷的改變我們的生活方式。那么這些智能設備具體的IT架構是什么？他們的安全性設計如何？對于信息安全工作者，有必要研究一下。

物聯網操作系統，其實和傳統的windows操作系統大同小異，但是經過一段時間的調研，才發現它不光由本地物聯網設備上的操作系統組成，還包括提供物聯網終端設備支持的云端架構。所以，我們的安全研究范圍鎖定在以下3個方面：

IoT終端和云端通訊協議的安全
物聯網終端安全
云端IT架構的安全性

0x01 物聯網云協議安全性分析

針對于智能家居等物聯網設備，接入到互聯網進行數據交換，安全風險性就非常大，如果處理不好，可能就會像黑客電影中橋段：通過網絡把你家的智能門鎖打開。

那么，物聯網操作系統具體怎么連接互聯網呢？

其中物聯網終端（例如：燈泡）有兩種連接方式，

連接IoT gateway網關，再通過IoT gateway網關連接家里的wifi路由器上網。
物聯網設備直接通過自己的wifi模塊（或者直接集成GPRS/3G/4G連接模塊）連接家中路由器上網。

這兩種連接方式都有現實存在的意思，直連的一般都是大型家電設備，因為節點量比較少，互聯網可以通過物聯網協議直接控制，wifi模塊信號強。但是像插座、燈泡這種小的終端設備還是連接到IoT gateway網關中轉后再連接互聯網。

那么物聯網協議都有哪些呢？

那么，從商業模式上分析，大公司一般是通過移動端（手機開發SDK）、云端（建立開源物聯網云平臺）、設備端（物聯網連接硬件和軟件SDK）、然后使開發者通過眾籌方式，開發硬件，但是傳遞到云端的數據歸物聯網公司平臺擁有。最后通過自己的電商銷售渠道賣給用戶。通過上述流程物聯網生態系統，擁有物聯網大數據，在資本市場上大撈一筆。

很顯然，如果要研究物聯網通訊協議，就必須了解做為展示和輸入輸出設備的手機端物聯網SDK調用，物聯網設備端硬件支持的協議SDK、以及云端對以上各種協議支持的具體體現。

國外市面上有很多開源的協議。

AllSeen Alliance AllJoyn
開放互聯網聯盟 Open Interconnect Iotivity

國內在這些開源協議之上有建立了一層物聯網操作系統。

技術型的華為LiteOS，重點在嵌入式物聯網設備。（偽開源，到目前為止github上沒看到上傳的源碼）
業務型的京東智能云，重點是通過眾籌吸引硬件開發團隊合作。通過自己互聯網商城銷售。
當然還有一些創新型公司

那么，我們先分析一下其相關的SDK，是怎么處理數據的：

（一）物聯網終端設計

安全層可以看出一般在協MQTT等議棧中實現，如果協議棧中沒有實現，那只能在Application SDK API中實現。

在終端實現其安全特性還有幾個問題要考慮：

物聯網終端的內存和硬盤都很有限。
物聯網終端電源有限，很多安全設計，例如：心跳檢測時間不能太近等。

一般和云通訊會有Cloud key 和自己設備本身的private key。通過SSL隧道交換秘鑰。

和云端通訊函數。

同時，查看了iOS手機端控制部分，由于是部分開源，dot m實現函數已經屏蔽，無法了解其內部邏輯。

小結：由于某云廠商相應的硬件端源碼開發不完全，只能看到這些，同時、強烈鄙視這種偽開源的行為。

可以看出使用非對稱秘鑰加密傳輸數據到云端。同時，發現設置開發測試模式和生產環境的云端連接域名。當然，證書驗證等沒看到。

（二）物聯網云端設計

云端設計、一般要有幾個模塊要考慮：

賬號處理模塊：主要是和用戶互交。
設備管理模塊：綁定用戶和設備的關系。
OTA模塊：升級固件功能
定時執行模塊：定期執行相關任務
大數據分析模塊：這個要看具體的應用了，比如說：全國路由器信號排行榜，以及你打敗了多少人的路由器。等

當然，還有很多功能，就不一一講解。先舉例說明一下OTA模塊

No.1 OTA(Over The Air) 服務推送文件到設備端。

@param $deviceId 整數，是要被升級的設備的邏輯ID。
@param $toVersion 字符串，表示升級的目標版本號，如：2-0-3。
@param $OTAHash字符串，驗證邏輯固件。

文件存儲服務。向BlobStore服務上傳文件。

@param $bucket 給定的類別名字。
@param $filePath 要被上傳的文件的本地路徑。
@param $name 可以指定文件被上傳后在服務器端的存儲名字。如果未指定，則使用從$filePath在提取到的文件名。

提供存儲服務是為了進行固件升級。同時，物聯網硬件開發商可以在自己的私有云中上傳固件，然后存儲到物聯網云平臺，更新給聯網的物聯網終端設備。

No.2 設備管理模塊：這里面設計一個帶時間限制分享碼（其實就是web服務中的session的意思）

設計設備的管理員用戶獲取設備的分享碼。

@param $deviceId 要操作的對象的邏輯ID。整數。
@param $user ACUser對象，表示該設備的管理員用戶。
@param $timeout 生成的分享碼的有效時長。以秒為單位。

小結：云端對多租戶的設計，主要體現在不同DNS域名隔離不同的企業物聯網應用。服務器端么法發現使用HTTPS的通訊協議，難道是云服務商為了節省成本？設備分享碼的設計確實很前衛。

0x02 物聯網操作系統安全建議

目前，物聯網還在發展之中，把通訊協議直接裸奔在固件上也無可厚非。但是還是有幾條提醒各位物聯網玩家。

當物聯網設備無網絡連接時、云端立刻通知。
OTA升級、出現重大安全漏洞要廠商直接推送更新固件。
設置強密碼Policy 要求12位以上，同時使用數字、特殊符號和字母的組合。如果條件允許盡量使用雙因素方式認證（Two-factor authentication）
使用SSL/TLS連接云端傳輸數據(HTTPS+ AES 128bit encryption)，盡量不要在物聯網終端設備上存儲數據，以免被黑。如果必須在本地存儲請加密，同時加密備份到云端一份。如果再安全一點可以使用TPM處理，把秘鑰存儲到類似U盤的設備當中做認證。
如果使用SSL，檢查兩端(服務器和客戶端)的證書，不允許使用自簽名證書。
云端處理好多租戶問題，盡量做到操作系統層面、數據層面的隔離。