物联网操作系统安全性分析
bt0sea · 2015/09/10 20:49
0x00 前言
物联网目前是继移动互联网之后的又一个未来IT发展的蓝海。智能设备的不断涌现已经在不知不觉中占领我们的生活，颠覆我们的原有的思维模式，记得前几年我还带着一块天梭的机械手表，近段时间地铁好多人都佩戴iWatch等智能手表。还有智能手环、智能灯等在不断的改变我们的生活方式。那么这些智能设备具体的IT架构是什么？他们的安全性设计如何？对于信息安全工作者，有必要研究一下。
物联网操作系统，其实和传统的windows操作系统大同小异，但是经过一段时间的调研，才发现它不光由本地物联网设备上的操作系统组成，还包括提供物联网终端设备支持的云端架构。所以，我们的安全研究范围锁定在以下3个方面：
- IoT终端和云端通讯协议的安全
- 物联网终端安全
- 云端IT架构的安全性
0x01 物联网云协议安全性分析
针对于智能家居等物联网设备，接入到互联网进行数据交换，安全风险性就非常大，如果处理不好，可能就会像黑客电影中桥段：通过网络把你家的智能门锁打开。
那么，物联网操作系统具体怎么连接互联网呢？
其中物联网终端（例如：灯泡）有两种连接方式，
- 连接IoT gateway网关，再通过IoT gateway网关 连接家里的wifi路由器上网。
- 物联网设备直接通过自己的wifi模块（或者直接集成GPRS/3G/4G连接模块）连接家中路由器上网。
这两种连接方式都有现实存在的意思，直连的一般都是大型家电设备，因为节点量比较少，互联网可以通过物联网协议直接控制，wifi模块信号强。但是像插座、灯泡这种小的终端设备还是连接到IoT gateway网关中转后再连接互联网。
那么物联网协议都有哪些呢？
那么，从商业模式上分析，大公司一般是通过移动端（手机开发SDK）、云端（建立开源物联网云平台）、设备端（物联网连接硬件和软件SDK）、然后使开发者通过众筹方式，开发硬件，但是传递到云端的数据归物联网公司平台拥有。最后通过自己的电商销售渠道卖给用户。通过上述流程物联网生态系统，拥有物联网大数据，在资本市场上大捞一笔。
很显然，如果要研究物联网通讯协议，就必须了解做为展示和输入输出设备的手机端物联网SDK调用，物联网设备端硬件支持的协议SDK、以及云端对以上各种协议支持的具体体现。
国外市面上有很多开源的协议。
- AllSeen Alliance AllJoyn
- 开放互联网联盟 Open Interconnect Iotivity
国内在这些开源协议之上有建立了一层物联网操作系统。
- 技术型的华为LiteOS，重点在嵌入式物联网设备。（伪开源，到目前为止github上没看到上传的源码）
- 业务型的京东智能云，重点是通过众筹吸引硬件开发团队合作。通过自己互联网商城销售。
- 当然还有一些创新型公司
那么，我们先分析一下其相关的SDK，是怎么处理数据的：
（一）物联网终端设计
安全层可以看出一般在协MQTT等议栈中实现，如果协议栈中没有实现，那只能在Application SDK API中实现。
在终端实现其安全特性还有几个问题要考虑：
- 物联网终端的内存和硬盘都很有限。
- 物联网终端电源有限，很多安全设计，例如：心跳检测时间不能太近等。
一般和云通讯会有Cloud key 和自己设备本身的private key。通过SSL隧道交换秘钥。
和云端通讯函数。
同时，查看了iOS手机端控制部分，由于是部分开源，dot m实现函数已经屏蔽，无法了解其内部逻辑。
小结：由于某云厂商相应的硬件端源码开发不完全，只能看到这些，同时、强烈鄙视这种伪开源的行为。
可以看出使用非对称秘钥加密传输数据到云端。同时，发现设置开发测试模式和生产环境的云端连接域名。当然，证书验证等没看到。
（二）物联网云端设计
云端设计、一般要有几个模块要考虑：
- 账号处理模块：主要是和用户互交。
- 设备管理模块：绑定用户和设备的关系。
- OTA模块：升级固件功能
- 定时执行模块：定期执行相关任务
- 大数据分析模块：这个要看具体的应用了，比如说：全国路由器信号排行榜，以及你打败了多少人的路由器。等
当然，还有很多功能，就不一一讲解。先举例说明一下OTA模块
No.1 OTA(Over The Air) 服务 推送文件到设备端。
- @param $deviceId 整数，是要被升级的设备的逻辑ID。
- @param $toVersion 字符串，表示升级的目标版本号，如：2-0-3。
- @param $OTAHash字符串， 验证逻辑固件。
文件存储服务。向BlobStore服务上传文件。
- @param $bucket 给定的类别名字。
- @param $filePath 要被上传的文件的本地路径。
- @param $name 可以指定文件被上传后在服务器端的存储名字。如果未指定，则使用从$filePath在提取到的文件名。
提供存储服务是为了进行固件升级。同时，物联网硬件开发商可以在自己的私有云中上传固件，然后存储到物联网云平台，更新给联网的物联网终端设备。
No.2 设备管理模块：这里面设计一个带时间限制分享码（其实就是web服务中的session的意思）
设计设备的管理员用户获取设备的分享码。
- @param $deviceId 要操作的对象的逻辑ID。整数。
- @param $user ACUser对象，表示该设备的管理员用户。
- @param $timeout 生成的分享码的有效时长。以秒为单位。
小结：云端对多租户的设计，主要体现在不同DNS域名隔离不同的企业物联网应用。服务器端么法发现使用HTTPS的通讯协议，难道是云服务商为了节省成本？设备分享码的设计确实很前卫。
0x02 物联网操作系统安全建议
目前，物联网还在发展之中，把通讯协议直接裸奔在固件上也无可厚非。但是还是有几条提醒各位物联网玩家。
- 当物联网设备无网络连接时、云端立刻通知。
- OTA升级、出现重大安全漏洞要厂商直接推送更新固件。
- 设置强密码Policy 要求12位以上，同时使用数字、特殊符号和字母的组合。如果条件允许尽量使用双因素方式认证（Two-factor authentication）
- 使用SSL/TLS连接云端传输数据(HTTPS+ AES 128bit encryption)，尽量不要在物联网终端设备上存储数据，以免被黑。如果必须在本地存储请加密，同时加密备份到云端一份。如果再安全一点可以使用TPM处理，把秘钥存储到类似U盘的设备当中做认证。
- 如果使用SSL，检查两端(服务器和客户端)的证书，不允许使用自签名证书。
- 云端处理好多租户问题，尽量做到操作系统层面、数据层面的隔离。