第3.3章 物联网终端系统安全
非重点章节，简单过一下即可
一、 物联网终端概述与分类
1. 定义与地位
- 功能：连接传感网与互联网，负责数据采集、初步处理、加密和传输。
- 地位 ：属于感知层与传输层的中间设备（关键设备）。没有它，物理世界的数据无法汇聚并送达指定位置，"物联"无从谈起。
2. 终端分类
| 分类 | 代表设备 | 安全研究重点 |
|---|---|---|
| 感知识别型终端 | 二维码、RFID、传感器 | 嵌入式系统安全（资源受限） |
| 应用型终端 | 计算机、平板、智能手机 | 智能手机系统安全（功能复杂） |
💡 注 ：智能手机是一种随身携带的 "超级"感知和识别设备（集成了各类传感器、GPS、摄像头、语音/手写识别，甚至能融合RFID读写/标签功能）。
二、 嵌入式系统安全
1. 嵌入式系统基础
- 定义 ：以应用为中心，软硬件可定制，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
- 发展阶段：无操作系统 → 简单操作系统 → 实时操作系统 → 面向Internet。
2. 三大安全威胁分析（按典型结构划分）
| 层次 | 主要安全威胁与隐患 |
|---|---|
| 硬件平台 | ① 电磁泄漏/侧信道攻击 （探测辐射电磁波窃取数据）；② 存储窃取 ；③ 极端环境攻击 （温度、电压、时钟偏移迫使系统异常）；④ 物理摧毁（强电磁干扰/攻击）。 |
| 操作系统 | ① 进程控制弱 （代码精简牺牲安全）；② 缺乏身份认证 （算力受限易被破解口令）；③ 缺乏完整性保护 （文件易被篡改）；④ 缺乏备份与可信恢复 ；⑤ 无线注入病毒。 |
| 应用软件 | ① 应用层：病毒、恶意代码；② 中间件安全；③ 网络协议栈：窃听、源地址欺骗、拒绝服务攻击等。 |
3. 四层安全对策（重点记忆分层逻辑）
| 对策层次 | 核心思路 | 具体措施/技术示例 |
|---|---|---|
| ① 安全电路层 | 物理底层防护，防非入侵/物理破坏 | 降低电磁辐射、加入随机信息（抗侧信道）；防拆开关（检测封装是否被打开）；容错/可靠性电路设计。 |
| ② 硬件安全架构层 | 借鉴TPM思路，硬件级隔离与加密 | 硬件加密引擎；安全协处理器 ；分离的安全存储区 （隔离存取）；总线监控与总线加密。(实例：ARM Trustzone, Intel LaGrande) |
| ③ 软件安全架构层 | 增强OS/虚拟机安全 | 微软NGSCB提供四大机制：进程分离、封闭存储、安全路径、证书 ；Java沙盒（限制不可靠代码）；利用底层硬件加速加密并向上提供API。 |
| ④ 安全应用层 | 调用下层安全机制保护用户数据 | 符合架构要求的敏感信息应用程序（如SSL通信协议程序）。 |
三、 TinyOS与TinyECC（传感网OS代表）
1. TinyOS 简介
- 背景：传感器节点资源极度受限，传统嵌入式OS（VxWorks等）过于庞大。
- 特点：代码量小（核心约400字节）、耗能少、并发性高、鲁棒性好。
- 架构 ：基于组件。分为硬件抽象组件 → 综合硬件组件 → 高层软件组件。高层发命令，底层报事件。
- 开发语言 ：nesC语言（专为资源受限、硬件多样的传感器设计），组件编程增加代码复用性和可移植性。
- 调度机制 ：事件驱动的单线程任务调度 。任何时刻只执行一个任务，任务不能太长，不能有IO等阻塞调用。
- 通信模型 ：主动消息通信。避免忙等待，通信与计算重叠，提高CPU效率并节能。
- 关键服务：核心服务、CTP（数据收集）、Drip/Dip（数据分发）、FTSP（时间同步）、Deluge（网络重编程）。
2. TinyECC 简介
- 定位：基于ECC（椭圆曲线密码）的软件包，运行于TinyOS。
- 功能：提供签名（ECDSA）、密钥交换（ECDH）、加密（ECIES）。
- 特点：支持优化选项，适配多种传感器硬件（MICAz, TelosB等），支持128/160/192比特椭圆曲线域参数。
四、 智能手机安全
1. 手机病毒简介
- 传播媒介：通信网络（移动网、蓝牙、红外等）。
- 传播方式：短信、彩信、邮件、聊天工具、浏览网站、下载等。
- 四大危害：① 隐私外泄；② 强行消费（扣话费）；③ 传播非法/垃圾信息；④ 破坏软/硬件（死机、损毁SIM卡）。
- 四大特性：传播性、隐蔽性、潜伏性、破坏性（与计算机病毒类似）。
2. 手机病毒分类（重点：按工作原理分类）
| 分类依据 | 具体类型 |
|---|---|
| 按工作原理 ⭐ | ① 引导型 （先于OS执行，替换引导区）；② 宏病毒 （寄生于文档宏，如Word/PowerPoint）；③ 文件型 （感染可执行文件如apk，先执行病毒再执行宿主）；④ 蠕虫 （自动自我复制传播）；⑤ 木马（正常程序植入恶意代码）。 |
| 按传播方式 | 外部接口（蓝牙/Wi-Fi/USB）、互联网接入、电信增值服务（SMS/MMS）、自带应用程序。 |
| 按危害对象 | 危害终端、危害核心网络。 |
| 按漏洞位置 | OS漏洞、应用软件漏洞、交换机漏洞、服务器漏洞。 |
3. 安全手机操作系统的5大特征
- 身份验证：口令、智能卡、生物特征（指纹）等。
- 最小特权：用户/进程仅拥有完成工作的最少权限。
- 安全审计：记录错误尝试及安全事件并分析。
- 安全域隔离 ：分为物理隔离 （划分物理存储空间）和逻辑隔离（进程隔离、数据分类存储）。
- 可信连接：无线连接默认"隐藏/关闭"，连接时需身份认证。
4. Android系统架构（自底向上4层）
| 层次 | 名称 | 核心功能与组件 |
|---|---|---|
| 第1层 | Linux内核层 | 提供硬件驱动，保障安全性，内存/进程管理，网络协议栈。 |
| 第2层 | 支持库层 (含运行时) | C/C++库（SQL Lite, 2D/3D, 多媒体）；Dalvik虚拟机(DVM)（每个App独立DVM提供运行环境）；核心库。 |
| 第3层 | 应用框架层 | 为开发提供API，提供功能管理和组件重用（电源、窗体、资源管理等）。 |
| 第4层 | 应用层 | 直接面向用户，如E-mail、SMS、浏览器等。 |
模拟复习题
一、 单项选择题
1. 物联网终端通常可分为感知识别型终端和应用型终端两大类，以下关于终端安全研究重点的说法中，正确的是（ ）
A. 感知识别型终端以智能手机安全为代表
B. 应用型终端以嵌入式系统安全为代表
C. 感知识别型终端的系统安全以嵌入式系统安全为代表
D. 智能手机属于感知识别型终端，不属于应用型终端
【答案】C
解析：感知识别型终端的系统安全中，以嵌入式系统的安全问题为代表；应用型终端的系统安全问题中，以智能手机的安全问题为重中之重。智能手机属于应用型终端。
2. 在嵌入式系统的分层安全对策中，借鉴了可信平台模块（TPM）思路，并采用分离的安全协处理器和分离的存储子系统来保障安全的是（ ）
A. 安全电路层
B. 硬件安全架构层
C. 软件安全架构层
D. 安全应用层
【答案】B
解析：硬件安全架构层借鉴了TPM思路，措施包括加入硬件加密机制、使用分离的安全协处理器、使用分离的存储子系统等。安全电路层主要是降低电磁辐射、加防拆开关等物理防护。
3. TinyOS是目前无线传感器网络研究领域使用最为广泛的操作系统，关于其特点，下列说法错误的是（ ）
A. 是一种基于组件的操作系统
B. 核心代码和数据非常小（约400字节左右）
C. 采用多线程调度机制，允许多个任务并发执行
D. 使用nesC语言进行开发
【答案】C
解析：TinyOS采用的是事件驱动的单线程任务调度机制，这和传统操作系统的多线程调度机制完全不同，任何时刻只能执行一个任务。故C选项错误。
4. 手机病毒根据工作原理可分为多种类型，其中一种病毒是在正常程序中植入恶意代码，当用户启动程序时，该恶意代码也同时运行并做一些破坏性动作。这种病毒属于（ ）
A. 引导型病毒
B. 宏病毒
C. 蠕虫病毒
D. 木马病毒
【答案】D
解析：在正常程序中植入恶意代码，随程序启动而运行的是木马病毒。蠕虫是自动自我复制；引导型是先于OS执行；宏病毒寄存在文档宏中。
5. 在Android操作系统的四层架构中，为应用程序开发提供API框架，并包含电源管理、窗体管理、资源管理等功能的层是（ ）
A. 应用层
B. 应用框架层
C. 支持库层（含虚拟机）
D. Linux内核层
【答案】B
解析：应用框架层专门为应用程序开发设计，提供API框架和功能管理（电源、窗体等）。应用层是面向用户的APP；支持库层提供C/C++库和虚拟机；Linux内核层提供底层驱动和进程管理。
二、 判断题
1. 嵌入式操作系统由于运行的硬件平台计算能力和存储空间有限，普遍存在因精简代码而牺牲安全性的情况，例如大多数嵌入式操作系统缺乏数据的备份和可信恢复机制。（ ）
【答案】✅ 正确
解析：嵌入式OS由于计算能力受限，代码精简导致进程控制弱、缺身份认证、缺完整性保护、缺备份和可信恢复机制。
2. TinyOS采用事件驱动的单线程任务调度机制，这意味着在任何时刻处理器只能执行一个任务，因此在单个TinyOS任务中不能有IO等阻塞的调用，且执行时间不能太长。（ ）
【答案】✅ 正确
解析：TinyOS单线程任务调度机制的核心限制就是任务不能阻塞，且不能太长，以保证系统响应性。
3. 智能手机病毒只能通过移动通信网络（如发送短信、彩信）进行传播，无法通过蓝牙、红外或Wi-Fi等外部通信接口传播。（ ）
【答案】❌ 错误
解析：手机病毒不仅通过电信增值服务（SMS/MMS）传播，还可以通过手机外部通信接口（蓝牙、红外、Wi-Fi、USB）以及互联网接入等方式传播。
4. 安全手机操作系统的特征之一是"安全域隔离"，它仅指对移动终端中的物理存储空间进行划分，不同的物理存储空间用于存储不同的数据或代码。（ ）
【答案】❌ 错误
解析：安全域隔离分为物理隔离和逻辑隔离。物理隔离是划分物理存储空间，而逻辑隔离主要包括进程隔离、数据的分类存储。题目中"仅指物理存储空间划分"是片面的。
5. Android系统的支持库层中包含了Dalvik虚拟机（DVM），每一个Android程序都有独立的Dalvik虚拟机为它提供运行环境。（ ）
【答案】✅ 正确
解析：PPT明确指出，Dalvik虚拟机（DVM）类似JVM，每一个Android程序都有独立的Dalvik虚拟机为它提供运行环境，实现应用隔离。