物联网导论
Introduction to Internet of Things
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第11章 物联网中的信息
安全与隐私保护
• 作 者：刘云浩 著
• 出 版 社：科学出版社
•计算机安全简介
• RFID安全隐患
• RFID隐私保护
•位置信息与个人隐私
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本章内容
• 研究目的：
• 安全部门：政府，部队，银行，军工企业等。
• 前期投入安全研发，预防未来的X风险。
• 职业特点：
• 外界看，很神秘，工作内容“有点虚”。
• 隐患未暴露，攻击手段没发现，被攻击实体不存在。
• 大部分工作比较琐碎，小部分很高级。
• 单位要求具备很高的安全级别，工作环境不便利。
• 安全行业入行门槛高，垄断性强，利润率高。
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计算机安全——简介
•计算机安全简介
• RFID安全隐患
• RFID隐私保护
•位置信息与个人隐私
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本章内容
• RFID标签的安全性
• 一般标签成本约元，包含5000-10000个逻辑门。
• 计算能力小，不支持复杂的密码学计算。
• 实现哈希算法，需要额外3000~4000个逻辑门。
• 难以加在RFID上。
• MD5加密网站
•
• 用于网络下载验证
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RFID标签的安全性
哈希(Hash)算法：将任意长度的
二进制值映射为较短的二进制值
(哈希值)，单向不可逆，几乎唯一。
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Discuz论坛，数据库表
pre_ucenter_members，保存
了”用户名”和” md5(密码) ”
例如
:e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
管理员如何获得用户密码？
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MD5解密
2145f1a5804cdeec35d2883bacae95a9
• RFID主要安全隐患
• 1，窃听
• 2，中间人攻击
• 3，欺骗，克隆，重放
• 4，物理破解
• 5，篡改信息
• 6，拒绝服务攻击
• 7，Rfid病毒
• 8，其他
8
RFID主要安全隐患
• 1，窃听
• 标签和阅读器之间通过无线射频通信。
• 攻击者在通信距离内偷听信息，距离要近。
• 如果是明文传输，就可能被窃取。
• 如：早期局域网内，QQ聊天明文传输。
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主要安全隐患
• 2，中间人攻击
• 对reader伪装成tag，对tag伪装成reader，截取并传
递消息
• 优势：被攻击卡和读卡器距离很远
• 如：2005年，以色列特拉维夫大学，扒手系统
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主要安全隐患
很近 很近
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中间人攻击
天王盖地虎
脸怎么红了
怎么又黄了
宝塔震河妖
精神焕发
防冷涂的蜡
严丝合缝
慢一点，
错一句，
都不行！
中间人攻击
如何插入？
• 天王盖地虎
• 脸怎么红了
• 怎么又黄了
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中间人攻击
宝塔震河妖
精神焕发
防冷涂的蜡
• 天王盖地虎
• 脸怎么红了
• 怎么又黄了
宝塔震河妖
精神焕发
防冷涂的蜡
• 3，欺骗、克隆、重放（相似）
• 欺骗：窃取标签数据，骗过阅读器，身份认证。
• 克隆：复制标签的副本。
• 重放：记录标签数据，并回放。
• 4，破解
• 破解标签
• 发起进一步攻击
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主要安全隐患
香港龙杰 ACR122U读卡器
•正向编译
• 编译，将C++源码编译成二进制的exe文件，无法阅读。
•逆向工程
• 破解exe程序——注册机，去掉注册码。
•调试工具OllyDbg/WinDbg：
• 反编译exe二进制文件：转换成汇编语言，分析代码功能。
不能恢复源代码，但是能看个大概，猜测其含义。
• 模拟程序运行：查看变量、堆栈、寄存器、内存数据。
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软件的逆向工程（插曲）
• 汇编*.s文件
• 汇编语言
• MOV A 2
• MOV B 3
• ADD A, B, C
• MOV C,[15H]
• 寄存器A和B相加，
保存在C
• 将寄存器C的数据复
制到内存空间15H
• 即变量x的内存空间
汇编语言与高级语言
• *.C文件
• 高级语言
• x=2+3;
仅示范，不标准
• *.exe文件
• 机器语言
• 1000100110010010
• 1000100111010011
• 100111111001
1110110001
• 10001001000110101
编译 反编译
• 步骤：
• 加载exe程序
• 二进制反汇编
• 跟踪汇编程序
• 跳至关键判断
• 推算校验算法
• 修改关键变量
• 如破解不了加密
• 寻找其他漏洞
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软件的逆向工程
• 读入(输入代码password)；
• if(password=abcdefgh)
• 注册成功，运行程序
• else
• 注册失败
• goto 读入
破解过程
• 读入(输入代码password)；
• if(abcdefgh==abcdefgh)
• 注册成功，运行程序
• else
• 注册失败
• goto 读入
• 5，篡改信息(modification)
• IC卡按加密等级：不加密、逻辑加密和CPU卡。
• 2007年底，美国黑客组织混沌电脑俱乐部，发表了破
解Mifare Class 1卡的论文，从理论上突破。
•举例：北京公交卡破解事件
• 2006年，北京公交卡开始使用Mifare Class 1卡，属于
逻辑加密的卡。2007年9月，开始具备支付功能。
• 2009年，北京从Mifare Class 1卡升级为CPU卡。
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主要安全隐患
标准IC卡不可擦写
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• 2010年底，奇虎360公司网络工程师杨某、林某，破解
北京市政一卡通漏洞，恶意充值2600余元。
• 法院以盗窃罪判处杨某拘役6个月，林某拘役5个月缓刑。
•
• 6，RFID病毒
• 原因：代码有漏洞，代码类型检查不足，非法代码被执行
• 举例：SQL注入(discuz很常见的攻击方式)
• 阅读器读取标签ID，执行数据库查询语句
• “select * from table1 where id=ID”
• 标签内代码被非法修改，"ID"被改为"ID；shutdown"
• 阅读器读取后，执行
• “select * from table1 where id=ID； shutdown”
• “select * from table1 where id=ID； show admin passwd”
主要安全隐患
• 7，拒绝服务攻击
• (Denial-of-service attack, DoS)
• 通过不完整的交互请求，消耗系统资源
• 对阅读器的DoS
• 大量发起认证请求，消耗系统资源，影响正常读取
• 对标签的DoS
• 消耗有限的标签内部状态，使之无法被正常识别
• 8，其他隐患（略）
• 电子破坏，屏蔽干扰，暴力拆除
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主要安全隐患
• RFID安全隐患
• RFID隐私保护
•位置信息与个人隐私
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本章内容
•早期物理安全机制
• 通过牺牲部分功能满足隐私保护的要求。
• 灭活：使标签丧失功能，不响应攻击者的扫描。
• 法拉第网罩：屏蔽电磁波，阻止标签被扫描。
• 主动干扰：主动广播无线信号，阻非法读取，电磁干
扰器。
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RFID安全和隐私保护机制
(1)
防辐射服
•安全会议、高考考场必备
• 干扰方式：空间乱数加密、相关干扰、噪声多重干扰。
• 保护方向：全方位。
• 干扰带宽：10KHz~
• 干扰强度：<80dB μV/m
• 功耗：<
• 天线类型：内置全向天线
• 尺寸：160×110×65 mm3
• 重量：
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电磁干扰器
哈希锁，2003年，麻省理工学院
•优点
• 防止攻击者非法阅读标签
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基于密码学的安全机制
• 锁定过程
• 1 )阅读器随机生成一个密钥key，并计算metalD=hash(key)。
• 2 )阅读器将metalD写入到标签。
• 3 )标签被锁定，进入锁定状态。
• 4 )阅读器将(metalD, key)对存储到后台数据库。
• 解锁，读标签的过程
• 1 )阅读器查询标签，标签响应并返回metaID。
• 2 )阅读器在数据库中查找(metaID, key)，将key返回给阅读器。
• 3 )阅读器把密钥key发送给标签。
• 4 )标签计算hash(key) 比较metaID，验证相同，则返回数据。
• 优点
• 如果非法阅读，会发生什么？
• 缺点
• 明文传输key，ID， metaID，容易被偷听获取，实施欺骗。
• 标签每次返回都是同样的metaID，可能被跟踪。 26
锁定
(metaID, key)
锁定 metalD
1 )
2 )
3 )
4 )
阅读器无法获得key，无法欺骗标签
随机哈希锁
•优点
• 标签响应每次随机变化，不能跟踪。
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基于密码学的安全机制
生成随机数R，ID所有标签的ID
存储数据
• 读标签过程
• 1)阅读器查询标签，标签生成随机数R，计算哈希值
hash(ID,R)，把R和hash(ID,R)返回给阅读器。
• 2)阅读器将这些信息都发送给后台数据库。
• 3)数据库穷举所有标签的ID，计算hash(ID,R)；如果匹配，
将ID发给阅读器。
• 4)阅读器将此ID发给标签，标签验证一致后，返回存储数据。
• 优点：
• 标签响应随机变化，没有明文传输key和ID，不能跟踪。
• 非法阅读，会发生什么？
•缺点
• 重放攻击，攻击者记录所有通信步骤，伪装为这个标签。28
1)
2)
3)
4)
阅读器无法连接后台数据库，没法验证
• RFID安全隐患
• RFID隐私保护
•位置信息与个人隐私
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本章内容
• K匿名的基本思想
• 通过信息中介，模糊化个性信息
• 让K个用户的身份信息不可分辨
•两种方式
• 空间上：扩大位置的覆盖范围。
• 时间上：延迟位置信息的发布。
•例：空间的K匿名
• 查询地址：电信运营商一次汇报K个请求到地图网站。
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保护位置隐私的手段:K匿名
思考矛盾之处，
牺牲了什么，
换来安全？
• K匿名：优点
• 不需要强制力实施
• K匿名：缺点
• 牺牲反应速度（要等K个用户一起返回结果）。
• 需要借助“信息中介”保障隐私，中介要诚信。
• 无法应用于需要身份信息的服务。
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保护位置隐私的手段:K匿名
斯诺登事件后，奥巴马辩称：
你不能在拥有100%安全的
情况下同时拥有100%隐私、
100%便利——辩证法
• 以MD5为例，介绍了Hash散列的使用方法。
• 如何破解MD5的初始值。
• 8种RFID安全入侵类型
• 软件的逆向工程
• 哈希锁
• K匿名，牺牲了速度来提高安全性
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本章小结
