کتاب چالش‌های امنیتی در اینترنت اشیاء

فهرست
عنوان صفحه
فصـل اول 17
مقدمه 17
فصـل دوم 19
تعاریف اینترنت اشیاء 20
اجزاء اینترنت اشیاء 22
چشم انداز اینترنت اشیاء 22
سیر تکاملی اینترنت اشیاء 24
تکنولوژی¬های فعال در اینترنت اشیاء 25
زیگبی 25
فناوری برچسب هوشمند 27
ارتباطات میدان نزدیک 27
شبکه¬های موبایلی 28
بلوتوث کم انرژی 29
WiFi HaLow(802,11ah) 29
Z-Wave 30
معماری و پروتکل اینترنت اشیاء 31
کاربردهای اینترنت اشیاء 32
کاربردهای اینترنت اشیا 32
تدارکات و حمل و نقل 32
سیستم حمل و نقل 33
حوزه بهداشت و درمان 35
حوزه محیط¬های هوشمند 37
حوزه شخصی و اجتماعی 40
چالش¬های کلیدی مورد بحث در اینترنت اشیا 41
استانداردسازی 41
اتکای بیش از اندازه بر فناوری 41
شکاف دیجیتال 42
اثرات زیست¬محیطی 42
امنیت و حریم خصوصی 43
محرمانه بودن و رمزگذاری 44
اعتماد و تمامیت داده¬ها 44
جمع¬آوری داده¬ها و حفظ حریم خصوصی 44
تحرک و جابجایی 45
شناسایی و پیاده¬سازی کنترل¬های امنیتی 45
اجزای سخت¬افزار و نرم افزار ماژولار 45
محدودیت منابع 45
کشف منابع و خدمات 46
امنیت در اینترنت اشیاء 46
ویژگی¬های امنیتی اینترنت اشیاء 47
معماری امنیتی اینترنت اشیاء 47
مسائل امنیتی اینترنت اشیاء 49
مسائل امنیتی لایه ادراک 49
مسائل امنیتی لایه شبکه 50
مسائل امنیتی لایه کاربرد 50
مسائل امنیتی لایه‌ی انتقال 52
مسائل رایج لایه‌ی انتقال 55
اقدامات امنیتی اینترنت اشیاء 56
اقدامات امنیتی لایه ادراک 56
اقدامات امنیتی شبکه حسگر بیسیم 57
اقدامات امنیتی لایه شبکه 59
اقدامات امنیتی لایه کاربرد 59
فنی 59
غیر فنی 60
چالش¬های امنیتی مربوط به اینترنت اشیاء 61
کنترل دسترسی 61
حریم خصوصی 62
حریم خصوصی در دستگاه 62
حریم خصوصی در طول ارتباط 63
حریم خصوصی در حافظه 63
حریم خصوصی در پردازش 64
اجرای سیاست 64
اعتماد 64
امنیت موبایل 65
میانافزار امن 65
مسائل ادغام ناهمگن 66
حملات رایج در اینترنت اشیاء 68
گرفتن نود 68
گره جعلی و داده¬های مخرب 68
حملات عدم پذیرش سرویس 68
حمله زمانبندی 68
تهدیدات مسیریابی 68
حمله پخش مجدد 69
حمله کانال جانبی 69
مسئله احراز هویت نودهای انبوه 69
مقایسه مسائل امنیتی بین اینترنت اشیاء و شبکه معمولی 70
مسائل امنیتی و راه‌حل‌های فنی در اینترنت اشیاء 71
الگوریتم‌های رمزنگاری در شبکه‌های حسگر بی‌سیم 71
مدیریت کلید در شبکه‌های حسگر بی‌سیم 73
توزیع همه‌پخشی کلید در کل شبکه 74
توزیع کلید گروهی 74
توزیع کلید ارشد گره 74
توزیع کلید به اشتراک¬گذاشته شده بین گره‌ها 74
پروتکل‌های مسیریابی امن برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم 76
مدیریت اعتماد گره‌ها در شبکه‌های حسگر بی‌سیم 77
تکنولوژی های ایجاد امنیت 79
امنیت فیزیکی 79
امنیت منظقی 80
احراز هویت 80
کنترل دسترسی به رسانه 81
شناسایی فرکانس رادیویی 82
کد پاسخ سریع (QR) 82
IPv4/IPv6 83
نرم‌افزار و ابزار امنیتی 85
امنیت سطح سیستم 86
آنتی ویروس‌ها 87
نظارت کردن 87
دوربین CCTV/IP 88
حریم خصوصی وسایل هوشمند 89
دیواره آتش 90
مکانیزم رمزگذاری 90
منـابع و مآخـذ 92

در سال¬های اخیر پیشرفت¬ها در زمینه فناوری اطلاعات باعث سرعت بخشیدن به توسعه جهان مجازی شده است. اینترنت اشیاء روز¬به¬روز درحال پیشرفت می¬باشد و لحظه به لحظه نقش آن در زندگی ما پررنگ تر می¬شود. امروزه اکثر گره¬های پایانی در اینترنت را افرادی تشکیل می¬دهند که ازگوشی¬های هوشمند، تبلت¬ها، لپ¬تاپ¬ها و کامپیوترها استفاده می¬کنند اما طولی نمی¬کشد که اشیا این تعادل را برهم زده و تعداد اشیا متصل به اینترنت از تعداد افراد متصل به اینترنت پیشی می¬گیرد. اصطلاح اینترنت اشیا، برای نخستین بار در سال 1۹۹۹ توسط کوین اشتون درانستیتو تکنولوژی ماساچوست مورد استفاده قرار گرفت. یکی از اصلی¬ترین فاکتورهای این الگوی امید بخش یکپارچگی فناوری¬های مختلف است. همچنین بستر اینترنت اشیا بر امواج رادیویی بی¬سیمی قرار داده شده است که به اشیا، ماشین¬ها و دستگاه¬های مختلف این امکان را می¬دهد که از راه دور و با استفاده از اینترنت به عنوان یک پلت¬فرم جهانی با یکدیگر به برقراری ارتباط پرداخته و هماهنگ باشند. مسلما قدرت اصلی ایده اینترنت اشیا تاثیر زیادی است که بر جنبه¬های مختلف زندگی روزمره افراد خواهد داشت. از نقطه نظر کاربران، آشکارترین تاثیر اینترنت اشیا در زمینه¬های هوشمندسازی، آسایش و رفاه، سلامت و کسب وکار مشهود خواهد بود.

تعاریف اینترنت اشیاء
تعاریف گوناگون اینترنت اشیاء در جامعه تحقیقاتی گواهی می¬دهد که موضوع اینترنت اشیاء موضوع مورد¬پسندی است و بحث در مورد¬علاقه همگان است. یک خواننده علاقمند ممکن است در درک واقعی اینترنت
اشیا و این¬که چه ایده اساسی پشت این مفهوم نهفته است و پیامدهای اجتماعی، اقتصادی و فنی استقرار کامل اینترنت اشیا مشکل پیدا کند.
برخی از تعاریف در زیرارائه شده است:
• تعریف توسط گروه RFID – یک شبکه جهانی از اشیاء متصل به هم با آدرس دهی منحصر به فرد بر اساس پروتکل های ارتباطی استاندارد
• اتصال سنجش و دستگاه¬های غیرفعال به اشتراک¬گذاری اطلاعات را از طریق پلتفرم¬ها و از طریق یک چارچوب واحد و یکپارچه بهبود می¬بخشد.
• اینترنت اشیاء، از دو واژه و مفاهیم: اینترنت و اشیاء تشکیل شده که در آن اینترنت می¬تواند به عنوان یک شبکه جهانی از شبکه¬های کامپیوتری متصل به هم و بر اساس یک پروتکل ارتباطی استاندارد ، به¬هم متصل شوند در حالی که اشیاء دقیقا قابل شناسایی نیست؛ بنابراین، از لحاظ معنایی، اینترنت اشیاء به معنی یک شبکه جهانی از اشیاء متصل به¬هم و با آدرس منحصر¬به¬فرد، بر اساس پروتکل¬های ارتباطی استاندارد است.
• اینترنت اشیاء اجازه می¬دهد تا افراد و اشیاء در هر زمان و هر مکان و با استفاده از هر مسیر یا شبکه و هر سرویسی به هم متصل شوند.

اجزاء اینترنت اشیاء
• شناسایی فرکانس¬های رادیویی: این تکنولوژی در ارتباطات تعبیه شده، برای طراحی میکروچیپ¬هایی برای ارتباطات بی¬سیم استفاده می¬شود.
• شبکه¬های حس¬گر بی¬سیم : این شبکه کارآمد، کم¬هزینه، دستگاه¬هایی با انرژی کم و مفید در کاربردهای سنجش از راه دور هست.
• طرح آدرس¬دهی: طرح آدرس¬دهی برای شناسایی منحصر به فرد اشیاء به عنوان مثال اشیاء هوشمند مفید هست.
• ذخیره¬سازی و تجزیه و تحلیل داده¬ها: اینترنت اشیا به اشتراک¬گذاری و ذخیره¬سازی مقدار زیادی از داده¬ها می¬پردازد. داده¬ها ذخیره شده و هوشمندانه برای نظارت هوشمند استفاده می¬شوند.
• تجسم: اجازه تعامل به کاربران با محیط را می¬دهد. استخراج معنی¬دار اطلاعات از داده-های خام غیر بدیهی است.
چشم انداز اینترنت اشیاء
1) چشم¬انداز شی¬گرا
اینترنت اشیاء با توسعه فناوری برچسب هوشمند آغاز شد که متشکل از یک یا چند دستگاه قرائت¬کننده و چندین تگ RFID بود ولی تنها به آن محدود نشد. فناوری¬های فراوان دیگری در اینترنت اشیاء درگیر هستند که این فناوری¬ها عبارتند از: حس¬گرها، فناوری¬هایی مانند بلوتوث ، زیگ¬بی ، وای¬فای ، ارتباطات میدان نزدیک ،Infrared،LoWPAN، Z-Wave و شبکه¬های موبایلی. اینترنت اشیا همانند اینترنت که روابط اجتماعی بین انسان¬ها را تا حدود زیادی به سمت دنیای مجازی انتقال داد، این پتانسیل را دارد که ابعاد جدیدی را در روابط بین اشیا هوشمند به وجود آورد.
2) چشم¬انداز اینترنت¬گرا
تمرکز چشم¬انداز اینترنت¬گرا بر روی IP برای اشیا هوشمند است و پیشنهاد می¬کند از پروتکل¬های اینترنت برای حمایت از اتصال اشیا هوشمند در سراسر جهان استفاده شود. توسعه IPV6 به عنوان یک راه¬حل که به دلیل فضای بسیار گسترده آن برای آدرس¬دهی تمامی اشیاء قابلیت دریافت شناسه اختصاصی را خواهند داشت، مطرح شده است. تمرکز دیگر این دیدگاه توسعه وبی از اشیاء است که در آن استانداردهای وب و پروتکل¬ها برای اتصال دستگاه¬های تعبیه شده که بر روی اشیاء روزمره نصب شده¬اند به کار گرفته می¬شوند.
3) چشم انداز معناگرا
یکی از چالش¬های قابل توجه که در اینترنت اشیا به وجود خواهد آمد، وجود یک شبکه با تعداد بسیار زیادی وسایل است که از استانداردهای گوناگونی پیروی کرده و قصد تعامل با یکدیگر را دارند. به طور خاص¬تر می¬توان قابلیت¬های محاسباتی و ارتباطی بسیار مبتدی دستگاه¬ها را علت این سطح از عدم تجانس دانست؛ بنابراین نیازمند استانداردی برای ایجاد امکان به هم پیوستن اجزای ناهمگون به یکدیگر و اطمینان از قابلیت همکاری آنها تحت این استاندارد هستیم.

سیر تکاملی اینترنت اشیاء
همان¬طور که در شکل (2-4) نشان داده شده است، در اواخر 1960، ارتباط بین دو کامپیوتر از طریق یک شبکه کامپیوتری ساخته شده است. در اوایل 1980، پشته TCP/IP معرفی شد. سپس، استفاده تجاری از اینترنت در اواخر 1980 آغاز شده است. پس از آن، شبکه جهانی وب در سال 1991 در دسترس قرار گرفت که اینترنت را محبوب¬تر و به سرعت رشد کرد. سپس، دستگاه¬های موبایل به اینترنت متصل شدند و تشکیل اینترنت موبایلی را دادند. با ظهور شبکه¬های اجتماعی، کاربران از طریق اینترنت به هم مرتبط شدند. گام بعدی در اینترنت اشیاء این است که اشیاء اطراف ما قادر به اتصال به یکدیگر از طریق اینترنت خواهند بود (برای مثال ماشین به ماشین)

فناوری برچسب هوشمند
فناوری برچسب هوشمند یا RFID بیان¬گر سیستم¬هایی است که از امواج رادیویی برای انتقال اطلاعات مربوط به هویت یک شیء استفاده می¬کنند. این تگ¬ها نوع پیشرفته¬تری از بارکدها هستند چراکه هم قابلیت خواندن و هم قابلیت نوشتن دارند، داده¬هایی که روی تگ¬های RFID ذخیره می¬شوند را می¬توان تغییر داد، به¬روزرسانی و یا حتی قفل کرد. این فناوری موفق شده است تا قابلیت و کارایی خود را به عنوان یک ابزار مقرون به صرفه در بهبود عملکرد و کاهش زمان و هزینه¬های نیروی انسانی و منابع در بسیاری از موارد ثابت نماید. سیستم RFID شامل یک یا چند خواننده و چند تگ RFID است؛ که از فرکانس-های رادیویی الکترومغناطیسی برای ارسال داده¬های متصل به آن استفاده می¬کند. تگ¬های متصل به آن، داده¬های الکترونیکی متصل به آن را که می¬تواند توسط RFID خوانده شود ذخیره می¬کنند. RFID اجازه مانیتورینگ اشیاء را به صورت بلادرنگ می¬دهد، بدون نیاز به بودن در خط دید تگ و یا برچسب RFID که یک میکروچیپ بسیار کوچک متصل به یک آنتن بسته در یک بسته فشرده است. این آنتن ها سیگنال¬ها را از RFID دریافت کرده و بازگشت آن را با اطلاعات اضافی برگشت می¬دهند. تگ RFID شامل سه پیکربندی است، تگ فعال خواننده منفعل ، تگ غیرفعال خواننده فعال و خواننده فعال تگ غیرفعال . در ARAT، خواننده منفعل است و دریافت سیگنال را از باطری تگ عمل شده دریافت می کند و محدوده انتقال آن 1-2000 پا بستگی به معماری آن است.
ارتباطات میدان نزدیک
به عنوان یکی از پرکاربردترین زیرمجموعه¬های RFID محسوب می¬شود. NFC یا ارتباطات میدان نزدیک عبارت است از قابلیت ارتباطی جدید که می¬توان برای اتصال امن بین دو دستگاهی که در فاصله¬ی کمی از یکدیگر قرار دارند استفاده کرد. در حقیقت NFC نسخه جدیدتری از RFID است که برد ارتباطی آن به 4 اینچ محدود شده است. این موضوع NFC را برای کاربردهای حساس مانند استفاده از کارت اعتباری مثل پرداختهای الکترونیک با استفاده از گوگل والت و یا ورود به محلهای امنیتی بسیار کارآمد می¬کند. دستگاه¬هایی که از فناوری NFC پشتیبانی می¬کنند به آسانی این امکان را به کاربر می¬دهند که اطلاعات مورد نظر را با یک لمس یا نزدیک¬کردن دستگاه خود به دستگاه دیگر ارسال یا مبادله کنند[4]. هیچ جفت¬سازی قبل از ارسال واقعی داده¬ها مورد نیاز نیست. NFC با باند رادیویی فرکانسی 13.56MHZ عمل می¬کند. تکنولوژی NFC نقش مهمی در پیشرفت¬های آینده اینترنت اشیا بازی می¬کند و ارائه ابزار لازم برای اتصال بی¬سیم با اشیاء هوشمند دیگر را امکان پذیر می¬کند. به عنوان مثال با استفاده از NFC موبایل یک کاربر قادر خواهد بود به انتقال مجموعه موبایل به اشیاء مختلف دیگر مانند موبایل به عنوان یک کارت اعتباری استفاده می¬شود[1].
شبکه¬های موبایلی
توسعه¬یG 5، نسل پنجم شبکه¬های مخابراتی موبایل با شتاب بالایی در حال انجام است. علی¬رغم این¬که هنوز برخی از کشورها شبکه¬ی ارتباطی خود را به G4 ارتقا نداده¬اند، اما نسل پنجم درحال توسعه است و دانشمندان با هیجان بالایی در مورد آن صحبت می¬کنند. استفاده از پهنای باند بالا، نرخ انتقال داده¬ای زیاد و تسهیل در ارتباطات مبتنی بر اینترنت همچون مکالمات ویدئویی، تنها گوشه¬ای از قابلیت¬هایی است که با پیاده¬سازی شبکه¬های G5 در اختیار کاربران قرار خواهد گرفت. یکی از مورادی که نیاز به پهنای باند بالا را افزایش می¬دهد، مفهوم اینترنت اشیا است. برای مقابله با حجم رو به افزایش دستگاه¬های متصل به شبکه که بخشی از اینترنت اشیا محسوب می¬شود، به سطح جدیدی از اتصالات بی¬سیم به اینترنت نیاز داریم. نگاهی به سال 2020، ما را امیدوار می¬کند که اجرای پروژه هایی نظیر شهر هوشمند، خانه هوشمند، حمل ونقل هوشمند و نظیر آنها تنها با استفاده از شبکه¬های G 5 میسر خواهد شد. یکی دیگر از قابلیت¬های کلیدی شبکه¬یG 5، پایداری این شبکه است. محققان پایداری شبکه¬هایG 5 را به اندازه ای بالا عنوان می¬کنند که می¬توان حتی این شبکه¬ها را ازنظر پایداری بهتر از شبکه¬ی اینترنت فیبر نوری دانست. بر اساس اطلاعات ارائه شده توسط اریکسون، تأخیر در شبکه¬یG 5 یک میلی¬ثانیه است. این قابلیت یکی از ارکان اصلی به¬کارگیری این فناوری در زمینه¬هایی است که پایداری اهمیت فوق-العاده¬ای دارد. از جمله¬ی این حوزه¬ها می¬توان به استفاده از شبکه¬هایG 5 در ارتباط خودروهای هوشمند بدون راننده و هم¬چنین انجام انواع اعمال جراحی به صورت ریموت اشاره کرد.