物联网安全需求分析课件
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• 管理服务层：涉及海量数据处理、非结构化数据管 理、云计算、网络计算、高性能计算、语义网等；
• 综合应用层：涉及数据挖掘、数据分析、数据融合、 决策支持等。
1.2 物联网结构与层次
对应与物联网的技术架构需要分别考虑安全防范的 重点及采用不同的安全技术： • 感知识别层：重点考虑数据隐私的保护； • 网络构建层：重点考虑网络传输安全； • 管理服务层：重点考虑信息安全； • 综合应用层：重点考虑应用系统安全；
性。适应这种需求，在物联网中主要使用的是关系 数据库和新兴数据库系统。 2. 海量信息存储 • 主要应用网络附加存储（NAS ，Network Attached Storage）技术来实现网络存储。 • 为了能够共享大容量，高速度存储设备，并且不占 用局域网资源的海量信息传输和备份，就需要专用 存储区域网络（SAN ，Storage Area Network） 来实现。
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
4）物联网业务的安全问题。 • 由于物联网设备可能是先部署后连接网络，而物
联网节点又无人看守，所以如何对物联网设备进 行远程控制信息和业务信息配置就成了难题。 • 庞大且多样化的物联网平台必然需要一个强大而 统一的安全管理平台，否则独立的平台会被各式 各样的物联网应用所淹没，但如此一来，如何对 物联网机器的日志等安全信息进行管理成为新的 问题。
1.2.3 管理服务层
3. 数据中心 • 数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通
信/存储设备），还包括冗余的数据通信连接/环 境控制设备/监控设备及安全装置，是一大型的系 统工程。 • 通过高度的安全性和可靠性提供及时持续的数据 服务，为物联网应用提供良好的支持。 • 典型的数据中心如 Google/Hadoop 数据中心。
• 当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇 聚到管理服务层，管理服务层解决数据如何存储 （数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引 擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何 不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。
1.2.3 管理服务层
1. 数据库 • 物联网数据特点是海量性，多态性，关联性及语义
8 影响信息安全的非技术因素
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wenku.baidu.com 第1章 物联网安全需求分析
根据国际电信联盟的定义, 物联网( internet of things, IOT) 主要解决: • 物品到物品( thing to thing,T2T)之间的关联。 • 人到物品( human to thing, H2T)之间的关联。 • 人到人( human to human, H2H)之间的互联。
危险和机械的工作。 • 所以物联网机器/感知节点多数部署在无人监控的
场景中。那么攻击者就可以轻易地接触到这些设 备，从而对他们造成破坏，甚至通过本地操作更 换机器的软硬件。
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
2）感知网络的传输与信息安全问题。 • 感知节点通常情况下功能简单(如自动温度计)、
携带能量少(使用电池)，使得它们无法拥有复杂 的安全保护能力。 • 感知网络多种多样，从温度测量到水文监控，从 道路导航到自动控制，它们的数据传输和消息也 没有特定的标准，所以没法提供统一的安全保护 体系。
1.2.4 综合应用层
⑤ 环境监测： • 通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排
放量、以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境 质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、 污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法 指引和质量保证。
1.3 物联网的安全技术分析
• 我们在分析物联网的安全性时，也相应地将其分 为三个逻辑层，即感知层，网络构建层和管理服 务层。
1.1 物联网安全性要求
二是核心网络的传输与信息安全问题。 • 核心网络具有相对完整的安全保护能力，但是由
于物联网中节点数量庞大，且以集群方式存在， 因此会导致在数据传播时，由于大量机器的数据 发送使网络拥塞，产生拒绝服务攻击。 • 现有通信网络的安全架构都是从人通信的角度设 计的，对以物为主体的物联网，要建立适合于感 知信息传输与应用的安全架构。
1.2 物联网结构与层次
从物联网的功能上来说，应该具备四个特征： • 全面感知能力，可以利用RFID、传感器、二维
条形码等获取被控/被测物体的信息。 • 数据信息的可靠传递，可以通过各种电信网络与
互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出 去。
1.2 物联网结构与层次
• 智能处理，利用现代控制技术提供的智能计算方 法，对大量数据和信息进行分析和处理，对物体 实施智能化的控制。
• 除此之外，在物联网的综合应用方面还应该有一 个应用层，它是对智能处理后的信息的利用。
• 在某些框架中，尽管智能处理应该与应用层可能 被作为同一逻辑层进行处理，但从信息安全的角 度考虑，将应用层独立出来更容易建立安全架构。
1.3.1 物联网安全的逻辑层次
• 与互联网相比，物联网主要实现人与物、物与物 之间的通信, 通信的对象扩大到了物品。
第 1章 物联网安全需求分析
学习任务
本章主要涉及：
1
物联网安全性要求
2 物联网架构与层次
3 物联网的安全技术分析
4 感知识别层的安全需求和安全机制
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学习任务
本章主要涉及： 5 网络构建层的安全需求和安全机制 6 管理服务层的安全需求和安全机制 7 综合应用层的安全需求和安全机制
1.3.3 物联网的安全技术分析
1.物联网中的业务认证机制 • 传统的认证是区分不同层次的，网络层的认证就
负责网络层的身份鉴别，业务层的认证就负责业 务层的身份鉴别，两者独立存在。 • 大多数情况下，物联网中的机器都是拥有专门的 用途，因此其业务应用与网络通信紧紧地绑在一 起。由于网络层的认证是不可缺少的，那么其业 务层的认证机制就不再是必需的，而是可以根据 业务由谁来提供和业务的安全敏感程度来设计。
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
3）核心网络的传输与信息安全问题。 • 核心网络具有相对完整的安全保护能力，但是由
于物联网中节点数量庞大，且以集群方式存在， 因此会导致在数据传播时，由于大量机器的数据 发送使网络拥塞，产生拒绝服务攻击。 • 此外，现有通信网络的安全架构都是从人通信的 角度设计的，并不适用于机器的通信，使用现有 安全机制会割裂物联网机器间的逻辑关系。
• 根据功能的不同，物联网网络体系结构主要需要 考虑三个逻辑层，即底层是用来信息采集的感知 识别层，中间层是数据传输的网络构建层，顶层 则是包括管理服务层和综合应用层的应用/中间件 层。
1.3.1 物联网安全的逻辑层次
物联网安全的逻辑层次结构
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
1）物联网机器/感知节点的本地安全问题。 • 由于物联网的应用可以取代人来完成一些复杂、
1.1 物联网安全性要求
1.1.2 物联网安全特征 一是感知网络的信息采集、传输与信息安全问题。 • 感知节点呈现多源异构性，感知节点通常情况下
功能简单、携带能量少，使得它们无法拥有复杂 的安全保护能力。 • 感知网络多种多样，从温度测量到水文监控，从 道路导航到自动控制，它们的数据传输和消息也 没有特定的标准，所以没法提供统一的安全保护 体系。
1.1 物联网安全性要求
三是物联网业务的安全问题。 • 支撑物联网业务的平台有着不同的安全策略，如
云计算、分布式系统、海量信息处理等，这些支 撑平台要为上层服务管理和大规模行业应用建立 起一个高效、可靠和可信的系统。 • 大规模、多平台、多业务类型使物联网业务层次 的安全面临新的挑战，是针对不同的行业应用建 立相应的安全策略，还是建立一个相对独立的安 全架构?目前仍在研究讨论过程中。
• 根据各个行业、各种业务的具体特点形成各种单 独的业务应用，或者整个行业及系统的建成应用 解决方案。
1.2 物联网结构与层次
1.2 物联网结构与层次
• 感知识别层：涉及各种类型的传感器、RFID标签、 手持移动设备、GPS终端、视频摄像设备等；
• 网络构建层：涉及互联网、无线传感器网络、近距 离无线通信、3G/4G通信网络、网络中间件等；
1.2.1 感知识别层
由传感器组成的感知结构
1.2.2 网络构建层
物联网在网络构建层存在各种网络形式，通常使用 的网络形式有： • 互联网： • 无线宽带网： • 无线低速网： • 移动通信网：
1.2.3 管理服务层
• 管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综 合应用层之下，人们通常把物联网应用冠以“智 能”的名称，如智能电网、智能交通、智能物流 等，其中的智慧就来自这一层。
第1章 物联网安全需求分析
• 与其他传统网络相比，物联网感知节点大都部署 在无人监控的场景中，具有能力脆弱、资源受限 等特点，这些都导致很难直接将传统计算机网络 的安全算法和协议应用于物联网，这使得物联网 安全问题相对比较突出。
1.1 物联网安全性要求
1.1.1 物联网安全涉及范围 • 在物联网的环境中，人与物的隐私需要得到同等
1.2.4 综合应用层
③ 绿色建筑：
• 物联网技术为绿色建筑带来了新的力量。通过建 立以节能为目标的建筑设备监控网络，将各种设 备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心的 物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提供有 力的支撑。
④ 智能电网：
• 以先进的通信技术、传感器技术、信息技术为基 础，以电网设备间的信息交互为手段，以实现电 网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和 使用安全为目的的先进的现代化电力系统。
1.3.3 物联网的安全技术分析
2.物联网中的加密机制 • 传统的网络层加密机制是逐跳加密，即信息在发送
过程中，虽然在传输过程中是加密的，但是需要不 断地在每个经过的节点上解密和加密，即每个节点 上都是明文的。
• 传统的业务层加密机制则是端到端的，即信息只在 发送端和接收端才是明文，而在传输的过程和转发 节点上都是密文。
地位的保护，以防止未经授权的识别行为以及追 踪行为的干扰。 • 随着“物品”自动化能力以及自主智慧的不断增 加，像物品的识别问题、物品的身份问题、物品 的隐私问题，以及物品在扮演的角色中的责任问 题将成为我们重点考虑的内容。
1.1 物联网安全性要求
• 通过将海量的具有数据处理能力的“物品”置于 一个全球统一的信息平台和全球通用的数据空间 之中，在这样的背景下，现实世界中对于信息的 兴趣将分布并且覆盖数以亿万计的“物品”，其 中将有很多物品随时地进行实时的数据更新。
1.2.3 管理服务层
4. 搜索引擎 • Web搜索引擎是一个能够在合理响应时间内，根
据用户的查询关键词，返回一个包含相关信息的 结果列表（hits list）服务的综合体。 5.数据挖掘技术 • 物联网需要对海量的数据进行更透彻的感知，要 求对海量数据多维度整合与分析，需要从大量数 据中获取潜在有用的且可被人理解的模式，基本 类型有关联分析，聚类分析，演化分析等。这些 需求都使用了数据挖掘技术。
1.2.4 综合应用层
① 智能物流： • 现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID
设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联 网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这 个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。 ② 智能交通： • 通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、 通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理 性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的 负面影响。
1.2.1 感知识别层
• 感知层由传感器节点接入网关组成，智能节点感 知信息（温度、湿度、图像等），并自行组网传 递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应信 息通过网络层提交到后台处理。
• 当后台对数据处理完毕，发送执行命令到相应的 执行机构完成对被控/被测对象的控制参数调整或 发出某种提示信号以实现对其的一个远程监控。
• 成百上千、成千上万的“物品”之间正在按照各 种时刻变化、时刻更新的规则进行着千变万化的 数据传输和数据转换行为。
1.1 物联网安全性要求
• 为了防止在未经授权的情况下随意使用保密信息， 并且为了可以完善物联网的授权使用机制，我们 还需要在动态的信任、安全和隐私/保密管理等领 域开展安全和隐私技术研究工作。
• 综合应用层：涉及数据挖掘、数据分析、数据融合、 决策支持等。
1.2 物联网结构与层次
对应与物联网的技术架构需要分别考虑安全防范的 重点及采用不同的安全技术： • 感知识别层：重点考虑数据隐私的保护； • 网络构建层：重点考虑网络传输安全； • 管理服务层：重点考虑信息安全； • 综合应用层：重点考虑应用系统安全；
性。适应这种需求，在物联网中主要使用的是关系 数据库和新兴数据库系统。 2. 海量信息存储 • 主要应用网络附加存储（NAS ，Network Attached Storage）技术来实现网络存储。 • 为了能够共享大容量，高速度存储设备，并且不占 用局域网资源的海量信息传输和备份，就需要专用 存储区域网络（SAN ，Storage Area Network） 来实现。
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
4）物联网业务的安全问题。 • 由于物联网设备可能是先部署后连接网络，而物
联网节点又无人看守，所以如何对物联网设备进 行远程控制信息和业务信息配置就成了难题。 • 庞大且多样化的物联网平台必然需要一个强大而 统一的安全管理平台，否则独立的平台会被各式 各样的物联网应用所淹没，但如此一来，如何对 物联网机器的日志等安全信息进行管理成为新的 问题。
1.2.3 管理服务层
3. 数据中心 • 数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通
信/存储设备），还包括冗余的数据通信连接/环 境控制设备/监控设备及安全装置，是一大型的系 统工程。 • 通过高度的安全性和可靠性提供及时持续的数据 服务，为物联网应用提供良好的支持。 • 典型的数据中心如 Google/Hadoop 数据中心。
• 当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇 聚到管理服务层，管理服务层解决数据如何存储 （数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引 擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何 不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。
1.2.3 管理服务层
1. 数据库 • 物联网数据特点是海量性，多态性，关联性及语义
8 影响信息安全的非技术因素
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wenku.baidu.com 第1章 物联网安全需求分析
根据国际电信联盟的定义, 物联网( internet of things, IOT) 主要解决: • 物品到物品( thing to thing,T2T)之间的关联。 • 人到物品( human to thing, H2T)之间的关联。 • 人到人( human to human, H2H)之间的互联。
危险和机械的工作。 • 所以物联网机器/感知节点多数部署在无人监控的
场景中。那么攻击者就可以轻易地接触到这些设 备，从而对他们造成破坏，甚至通过本地操作更 换机器的软硬件。
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
2）感知网络的传输与信息安全问题。 • 感知节点通常情况下功能简单(如自动温度计)、
携带能量少(使用电池)，使得它们无法拥有复杂 的安全保护能力。 • 感知网络多种多样，从温度测量到水文监控，从 道路导航到自动控制，它们的数据传输和消息也 没有特定的标准，所以没法提供统一的安全保护 体系。
1.2.4 综合应用层
⑤ 环境监测： • 通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排
放量、以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境 质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、 污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法 指引和质量保证。
1.3 物联网的安全技术分析
• 我们在分析物联网的安全性时，也相应地将其分 为三个逻辑层，即感知层，网络构建层和管理服 务层。
1.1 物联网安全性要求
二是核心网络的传输与信息安全问题。 • 核心网络具有相对完整的安全保护能力，但是由
于物联网中节点数量庞大，且以集群方式存在， 因此会导致在数据传播时，由于大量机器的数据 发送使网络拥塞，产生拒绝服务攻击。 • 现有通信网络的安全架构都是从人通信的角度设 计的，对以物为主体的物联网，要建立适合于感 知信息传输与应用的安全架构。
1.2 物联网结构与层次
从物联网的功能上来说，应该具备四个特征： • 全面感知能力，可以利用RFID、传感器、二维
条形码等获取被控/被测物体的信息。 • 数据信息的可靠传递，可以通过各种电信网络与
互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出 去。
1.2 物联网结构与层次
• 智能处理，利用现代控制技术提供的智能计算方 法，对大量数据和信息进行分析和处理，对物体 实施智能化的控制。
• 除此之外，在物联网的综合应用方面还应该有一 个应用层，它是对智能处理后的信息的利用。
• 在某些框架中，尽管智能处理应该与应用层可能 被作为同一逻辑层进行处理，但从信息安全的角 度考虑，将应用层独立出来更容易建立安全架构。
1.3.1 物联网安全的逻辑层次
• 与互联网相比，物联网主要实现人与物、物与物 之间的通信, 通信的对象扩大到了物品。
第 1章 物联网安全需求分析
学习任务
本章主要涉及：
1
物联网安全性要求
2 物联网架构与层次
3 物联网的安全技术分析
4 感知识别层的安全需求和安全机制
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学习任务
本章主要涉及： 5 网络构建层的安全需求和安全机制 6 管理服务层的安全需求和安全机制 7 综合应用层的安全需求和安全机制
1.3.3 物联网的安全技术分析
1.物联网中的业务认证机制 • 传统的认证是区分不同层次的，网络层的认证就
负责网络层的身份鉴别，业务层的认证就负责业 务层的身份鉴别，两者独立存在。 • 大多数情况下，物联网中的机器都是拥有专门的 用途，因此其业务应用与网络通信紧紧地绑在一 起。由于网络层的认证是不可缺少的，那么其业 务层的认证机制就不再是必需的，而是可以根据 业务由谁来提供和业务的安全敏感程度来设计。
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
3）核心网络的传输与信息安全问题。 • 核心网络具有相对完整的安全保护能力，但是由
于物联网中节点数量庞大，且以集群方式存在， 因此会导致在数据传播时，由于大量机器的数据 发送使网络拥塞，产生拒绝服务攻击。 • 此外，现有通信网络的安全架构都是从人通信的 角度设计的，并不适用于机器的通信，使用现有 安全机制会割裂物联网机器间的逻辑关系。
• 根据功能的不同，物联网网络体系结构主要需要 考虑三个逻辑层，即底层是用来信息采集的感知 识别层，中间层是数据传输的网络构建层，顶层 则是包括管理服务层和综合应用层的应用/中间件 层。
1.3.1 物联网安全的逻辑层次
物联网安全的逻辑层次结构
1.3.2 物联网面对的特殊安全问题
1）物联网机器/感知节点的本地安全问题。 • 由于物联网的应用可以取代人来完成一些复杂、
1.1 物联网安全性要求
1.1.2 物联网安全特征 一是感知网络的信息采集、传输与信息安全问题。 • 感知节点呈现多源异构性，感知节点通常情况下
功能简单、携带能量少，使得它们无法拥有复杂 的安全保护能力。 • 感知网络多种多样，从温度测量到水文监控，从 道路导航到自动控制，它们的数据传输和消息也 没有特定的标准，所以没法提供统一的安全保护 体系。
1.1 物联网安全性要求
三是物联网业务的安全问题。 • 支撑物联网业务的平台有着不同的安全策略，如
云计算、分布式系统、海量信息处理等，这些支 撑平台要为上层服务管理和大规模行业应用建立 起一个高效、可靠和可信的系统。 • 大规模、多平台、多业务类型使物联网业务层次 的安全面临新的挑战，是针对不同的行业应用建 立相应的安全策略，还是建立一个相对独立的安 全架构?目前仍在研究讨论过程中。
• 根据各个行业、各种业务的具体特点形成各种单 独的业务应用，或者整个行业及系统的建成应用 解决方案。
1.2 物联网结构与层次
1.2 物联网结构与层次
• 感知识别层：涉及各种类型的传感器、RFID标签、 手持移动设备、GPS终端、视频摄像设备等；
• 网络构建层：涉及互联网、无线传感器网络、近距 离无线通信、3G/4G通信网络、网络中间件等；
1.2.1 感知识别层
由传感器组成的感知结构
1.2.2 网络构建层
物联网在网络构建层存在各种网络形式，通常使用 的网络形式有： • 互联网： • 无线宽带网： • 无线低速网： • 移动通信网：
1.2.3 管理服务层
• 管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综 合应用层之下，人们通常把物联网应用冠以“智 能”的名称，如智能电网、智能交通、智能物流 等，其中的智慧就来自这一层。
第1章 物联网安全需求分析
• 与其他传统网络相比，物联网感知节点大都部署 在无人监控的场景中，具有能力脆弱、资源受限 等特点，这些都导致很难直接将传统计算机网络 的安全算法和协议应用于物联网，这使得物联网 安全问题相对比较突出。
1.1 物联网安全性要求
1.1.1 物联网安全涉及范围 • 在物联网的环境中，人与物的隐私需要得到同等
1.2.4 综合应用层
③ 绿色建筑：
• 物联网技术为绿色建筑带来了新的力量。通过建 立以节能为目标的建筑设备监控网络，将各种设 备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心的 物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提供有 力的支撑。
④ 智能电网：
• 以先进的通信技术、传感器技术、信息技术为基 础，以电网设备间的信息交互为手段，以实现电 网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和 使用安全为目的的先进的现代化电力系统。
1.3.3 物联网的安全技术分析
2.物联网中的加密机制 • 传统的网络层加密机制是逐跳加密，即信息在发送
过程中，虽然在传输过程中是加密的，但是需要不 断地在每个经过的节点上解密和加密，即每个节点 上都是明文的。
• 传统的业务层加密机制则是端到端的，即信息只在 发送端和接收端才是明文，而在传输的过程和转发 节点上都是密文。
地位的保护，以防止未经授权的识别行为以及追 踪行为的干扰。 • 随着“物品”自动化能力以及自主智慧的不断增 加，像物品的识别问题、物品的身份问题、物品 的隐私问题，以及物品在扮演的角色中的责任问 题将成为我们重点考虑的内容。
1.1 物联网安全性要求
• 通过将海量的具有数据处理能力的“物品”置于 一个全球统一的信息平台和全球通用的数据空间 之中，在这样的背景下，现实世界中对于信息的 兴趣将分布并且覆盖数以亿万计的“物品”，其 中将有很多物品随时地进行实时的数据更新。
1.2.3 管理服务层
4. 搜索引擎 • Web搜索引擎是一个能够在合理响应时间内，根
据用户的查询关键词，返回一个包含相关信息的 结果列表（hits list）服务的综合体。 5.数据挖掘技术 • 物联网需要对海量的数据进行更透彻的感知，要 求对海量数据多维度整合与分析，需要从大量数 据中获取潜在有用的且可被人理解的模式，基本 类型有关联分析，聚类分析，演化分析等。这些 需求都使用了数据挖掘技术。
1.2.4 综合应用层
① 智能物流： • 现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID
设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联 网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这 个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。 ② 智能交通： • 通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、 通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理 性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的 负面影响。
1.2.1 感知识别层
• 感知层由传感器节点接入网关组成，智能节点感 知信息（温度、湿度、图像等），并自行组网传 递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应信 息通过网络层提交到后台处理。
• 当后台对数据处理完毕，发送执行命令到相应的 执行机构完成对被控/被测对象的控制参数调整或 发出某种提示信号以实现对其的一个远程监控。
• 成百上千、成千上万的“物品”之间正在按照各 种时刻变化、时刻更新的规则进行着千变万化的 数据传输和数据转换行为。
1.1 物联网安全性要求
• 为了防止在未经授权的情况下随意使用保密信息， 并且为了可以完善物联网的授权使用机制，我们 还需要在动态的信任、安全和隐私/保密管理等领 域开展安全和隐私技术研究工作。