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物联网之安全算法：访问控制：物联网安全标准与法规

1 物联网安全概述

1.1 物联网安全的重要性

物联网（Internet of Things，IoT）通过将物理世界与数字世界连接，实现了

设备、传感器、网络和云服务之间的无缝通信。然而，这种连接性也带来了安

全挑战，因为物联网设备往往具有有限的计算能力和存储空间，这使得它们成

为黑客攻击的易感目标。物联网安全的重要性在于保护这些设备免受未经授权

改。AES（Advanced Encryption Standard）是一种广泛使用的加密算法。

� 访问控制：限制对设备和数据的访问，确保只有经过身份验证的

用户或设备才能访问特定资源。例如，使用基于角色的访问控制（Role-

Based Access Control, RBAC）。

1.2 物联网面临的威胁与挑战

物联网设备和系统的安全威胁多种多样，包括但不限于：

� 设备劫持：攻击者通过利用设备的漏洞，控制设备并将其用于恶

意目的，如发起 DDoS 攻击。

� 数据泄露：敏感信息如个人数据、健康记录或企业机密可能被未

经授权的第三方获取。

漏洞。

� 安全设计：在设备和系统的开发阶段就考虑安全因素，遵循安全

编码实践。

� 网络隔离：使用虚拟局域网（Virtual Local Area Network, VLAN）或

子网划分，隔离不同类型的设备和流量，减少攻击面。

� 监控和审计：持续监控网络流量和设备行为，及时发现异常并响

应。

1.2.2 示例：设备认证与数据加密

以下是一个使用 Python 实现的简单示例，展示如何使用数字证书进行设备

认证，并使用 AES 加密算法加密数据。

context.load_cert_chain(certfile=device_certificate, keyfile=device_key)

context.load_verify_locations(cafile=ca_certificate)

#

这里可以添加代码来建立安全的

SSL/TLS

#

数据加密

cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)

ciphertext = cipher.encrypt(pad(data.encode(), AES.block_size))

#

数据解密

iv = b'This is an IV12345678' # 16

#

加密数据

encrypted_data = encrypt_data(data, key, iv)

#

解密数据

decrypted_data = decrypt_data(encrypted_data, key, iv)

在这个示例中，device_authentication 函数用于设备认证，通过加载设备证

书、设备密钥和 CA 证书来创建一个 SSL/TLS 上下文，这可以用于建立安全的网

络连接。encrypt_data 和 decrypt_data 函数则展示了如何使用 AES 算法加密和

解密数据。注意，实际应用中，密钥和初始化向量（IV）应该更安全地管理，

例如通过安全的密钥交换协议来分发。

包括自主访问控制（DAC）、强制访问控制（MAC）、基于角色的访问控制

（RBAC）和属性基访问控制（ABAC）。

2.1.1 自主访问控制（DAC）

自主访问控制模型允许资源的所有者决定谁可以访问资源。这种模型基于

权限列表，所有者可以给用户或用户组分配权限。

#

定义用户和资源

users = {'Alice': ['read', 'write'], 'Bob': ['read']}

resources = {'Document1': 'Alice', 'Document2': 'Bob'}

#

检查访问权限

print(check_access('Bob', 'Document1', 'write')) #

: False

2.1.2 强制访问控制（MAC）

强制访问控制模型基于安全标签和访问权限，系统强制执行访问控制策略，

即使资源所有者也不能随意更改。

2.1.3 基于角色的访问控制（RBAC）

基于角色的访问控制模型中，权限与角色相关联，用户通过其角色获得权

限。这种模型简化了权限管理，特别是在大型组织中。

#

定义角色和权限

roles = {'Admin': ['read', 'write', 'delete'], 'User': ['read']}

#

定义用户和其角色

print(check_access('Alice', 'delete')) #

输出

: True

print(check_access('Bob', 'write')) #

输出

: False

2.1.4 属性基访问控制（ABAC）

属性基访问控制模型基于属性，包括用户属性、资源属性和环境属性，来

决定访问权限。这种模型提供了更细粒度的访问控制。

2.2 访问控制列表（ACL）详解

访问控制列表（ACL）是一种用于实现访问控制的机制，它是一个列表，包

含了一系列的访问控制条目（ACE），每个条目定义了特定用户或用户组对特定

资源的访问权限。

2.2.1 ACL 的结构

#

定义

ACL

acl = {

'Device1': {

'Alice': ['read', 'write'],

'Bob': ['read']

},

'Device2': {

'Alice': ['read'],

'Charlie': ['write']

}

#

测试访问

print(check_access('Alice', 'Device1', 'write')) #

输出

: True

print(check_access('Bob', 'Device2', 'write')) #

输出

: False

2.2.3 ACL 的管理

管理 ACL 包括添加、删除和更新访问控制条目。在物联网中，这通常需要

一个中心化的管理系统来确保一致性。

#

添加访问权限