5G对工业物联网(IIoT)应用的支持——移动云端、区块链及人工智能（十五）

摘要：工业物联网(IIoT)具有特殊的通信需求，包括高可靠性、低延迟、灵活性和安全性。5G移动技术本能地提供了这些功能，使其成为支持工业物联网(IIoT)场景的成功候选。本文的目的是基于这两个领域的初始需求和承诺，识别当前与5G工业物联网相关的研究挑战和解决方案。本文的研究方法遵循以下步骤:调查研究现状，比较结果以确定进一步的挑战，并为每个研究领域的经验教训作出结论。这些领域包括IIoT应用及其需求;移动云端;后端性能调优;网络虚拟化;还有安全，IIoT的区块链，5G的人工智能支持，以及私有园区网络。除了调查当前的挑战和解决方案外，本文还旨在对这些领域(与5g支持的IIoT相关)进行有意义的比较，从而得出当前研究的不足之处。

接上文：5G对工业物联网(IIoT)应用的支持——移动云端、区块链及人工智能（十四）

8.     5G下的物联网安全

8.1   物联网安全要求

安全问题一直是物联网领域面临的主要挑战。如今，隐私和安全问题的重要性怎么强调都不过分，因为物联网设备的数量不仅在民用/住宅领域增长迅速，在工业领域也是一样。由于物联网是不同技术和基础设施的实现和集成，各种网络技术的安全挑战和威胁都被利用这些技术的物联网系统所继承。这意味着物联网架构的所有层都暴露在安全风险中。

此外，物联网系统独特的特点引发了传统网络中不存在的新型安全问题。在物联网系统的传感器/物理层中运行的设备通常计算能力有限，存储容量低;因此，标准的安全解决方案如公钥加密和扩频技术不能被所有端点应用。此外，这些系统通常由具有不同防御机制功能的异构子系统组成。在这种情况下，整个系统可达到的安全级别由最脆弱的节点决定。因此，本文主要针对IIoT网络安全中的“最薄弱环节”——低功耗节点展开研究。

传统上，物联网尤其是物联网应用的安全要求主要分为三大类——常被称为CIA。这些是(i)保密性、(ii)完整性和(iii)可用性。由于新的安全威胁的出现，CIA的三位一体不足以应对每一个新的威胁，所以其他的要求，如可信度和隐私成为更重要的因素;然而，这些目标在工业和住宅应用中的优先级是不同的。

尽管(工业)物联网应用的数量不断增加，但物联网系统仍然没有通用的标准化分层结构。在大多数情况下，常用的方法使用三层:(i)物理层(通常是传感器或感知层)、(ii)网络层和(iii)应用层。有些甚至可能包括数据处理层，特别是用于对与基于云的服务密切相关的问题进行分类，如表7，它总结了物联网架构中不同层的安全挑战。

表7    自动化物联网的安全威胁及其可能的缓解

8.2   分层物联网架构的安全问题

物联网系统的物理层通常包括传感器、执行器，它们收集信息并将其传输到网络层的任何其他节点。这些系统的构件是整个基础设施中最脆弱的部分，因为它们主要在外部和室外环境中运行，这意味着它们可以被物理访问。这些类型的攻击被称为篡改，它不仅在物理上破坏设备，还包括修改设备，如更换其固件。篡改也可以是对网络中其他节点执行拒绝服务(DoS)攻击的第一步。一般来说，DoS攻击是物联网架构中每一层的主要威胁，但在物理层，它们甚至可以通过干扰来攻击封闭系统。然而，没有通用的解决方案可以避免DoS攻击，扩频技术虽然是一种有效的防御机制，但由于计算能力和功耗的限制，无法得到广泛的应用。

网络层设备的异构性意味着安全威胁和攻击的类型有很大的差异。虽然云中的端点和边缘是可以采用传统安全解决方案的更强大的设备，但是大多数节点仍然缺乏这些特性，如公钥加密技术。因此，这些节点往往限制了整个网络的防御能力，而它们又是整个网络最薄弱的环节。例如，向某个节点妥协可能会赢得其他设备的信任，从而破坏系统的可靠性。然而，有一些间接的攻击类型可能比直接攻击更危险，因为很难发现它们。中间人是最常见的间接攻击类型，通过侵犯受限制数据的保密性、完整性和私密性，中间人对任何物联网系统的危害都更大。这种攻击可以以不同的方式执行，如窃听消息或重放消息，这侵犯了隐私，但它也可以通过更改未加密的路由信息来降低QoS。

（待续）

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我是您身边的区块链研究员，如果您有志于区块链或者交易技术的学习，欢迎和我交流。微信：chanhai13。更多文章请添加微信公众号：链学园。原文名称： 5G support for Industrial IoT Applications— Challenges, Solutions, and Research gaps

作者：Pal Varga, Jozsef Peto

原创翻译：区块链研究员（区块链Robin）

英文源自Budapest University，译文有编辑及删减，如有侵权，请联系译者删除。

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