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計算機技術、網絡技術、控制技術向傳統(tǒng)家電產業(yè)滲透發(fā)展促進了智能家居的誕生。從社會背景層面來看，近年來信息化的高度發(fā)展，通訊的高度開放與高層次化、業(yè)務量的急速增加，以及人類對工作和生活環(huán)境的安全性、舒適性、效率性要求的提高，促使家居智能化的需求大為增加。

近年來針對家庭的犯罪事件的數(shù)量日益增加、忙于工作的人們無暇照看長期的患者、人口老齡化和留守及空巢現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得智能家居的需求與日俱增。據可靠數(shù)據統(tǒng)計：2015年，全國部門共破獲各類刑事案件38900余起，其中命案634起，拐賣婦女兒童犯罪案件127起，涉槍犯罪案件812起，入室盜竊犯罪案件9300余起，電信詐騙犯罪案件近1400起。打掉各類犯罪團伙1361個，抓獲犯罪嫌疑人27300余名。

全國每年新增4萬多名白血病患者，其中50%以上是未成年人。據衛(wèi)生部統(tǒng)計，兒童白血病90%是因為室內環(huán)境污染所致，足見室內空氣質量監(jiān)測和新風系統(tǒng)的重要；全國每年發(fā)生煤氣中毒事件超過6000起，煤氣爆炸事件幾十起； 中國目前有7千萬空巢老人、6千萬留守兒童需要看護。

以上問題的不斷暴露和加重，促進了智能家居的發(fā)展和應用，也使得人們對其的依賴度越來越深，簡單地將智能家居設備羅列已經無法滿足人們對智能家居的期望。應運而生的智能家居管理系統(tǒng)，開始幫助人們對各類智能家電設備進行統(tǒng)一管理與控制，這使得智能家居管理系統(tǒng)的地位開始日益凸顯。與此同時，智能家居的用戶也會將更多的個人數(shù)據及信息加入到智能家居的管理系統(tǒng)之中。為了能更好地管理和控制智能家居設備，使用者不得不提供大量的個人數(shù)據、喜好或環(huán)境等信息，以獲取更加便捷或良好的交互體驗。

隨著個人或家庭信息在智能家居管理系統(tǒng)中的分量越加的豐富多樣，智能家居管理系統(tǒng)如何將這些信息在有效利用的同時又不會造成信息泄漏、給使用者帶來損失甚至引起人身威脅，例如2014年9月連續(xù)報道的家庭監(jiān)控錄像設備被黑客攻破，使得使用者家中的一切活動均如現(xiàn)場直播，被人一覽無余。因此，智能家居的信息安全，保障其功能有效性和使用安全性，也是信息安全所要考慮的新范疇。

1　智能家居管理系統(tǒng)部署

圖1 智能家居管理系統(tǒng)典型拓撲圖

圖1為智能家居管理系統(tǒng)典型拓撲圖。智能家居管理系統(tǒng)典型的部署模式同典型的防火墻或網關類似，其主要的特點是，對外支持的接口類型更為豐富，需要處理的通信協(xié)議和數(shù)據類型也更加的豐富多樣（例如Modbus、OPC、WiFi、RS232、RS485等），而且可對其所支持的協(xié)議對應的設備進行相應的集中管理。

1.1　智能家居管理系統(tǒng)的組成

智能家居管理系統(tǒng)是智能家居設備集中管理、用戶遠程控制、互聯(lián)網信息交互的重要橋梁。

智能家居設備集中管理：智能家居管理系統(tǒng)從設備獲取相關信息（溫濕度、門窗狀態(tài)、冰箱食物的儲存情況、空氣成分、各個設備的當前狀態(tài)等）處理并獲取用戶關心信息的管理系統(tǒng)；

用戶遠程控制：家居管理系統(tǒng)將被管理設備的信息反饋給用戶，用戶通過發(fā)送遠程控制指令管理家居設備；
互聯(lián)網信息：智能交互設備自動采購耗材、食材時通過網絡運營商獲取相關信息（廣播信息的接收與處理、自動比價與挑選等信息）。

1.2　智能家居管理系統(tǒng)的信息交互

智能家居管理系統(tǒng)中的信息交互也相應分成三種，管理系統(tǒng)與被管理設備之間的信息交互（心跳同步，信息采集和控制指令下發(fā)等）；用戶與管理系統(tǒng)之間的信息交互（用戶對設備狀態(tài)的查詢，監(jiān)視視頻查看，遠程控制門禁等）；系統(tǒng)與互聯(lián)網運營商的交互（自動購買食材，水電煤自動繳費等）。

2　智能家居管理系統(tǒng)的信息安全

2.1　設備管理及控制信息安全

智能家居管理系統(tǒng)通過各種不同的協(xié)議接口與其管理的各種傳感器進行信息采集，通過分析采集信息，制定相關處理機制實現(xiàn)對智能家居設備的控制。采用的協(xié)議包括總線類（總線級Modbus、RS232、RS485）、以太網協(xié)議（OPC等）、無線類（射頻（RF）技術（頻帶大多為315和433.92MHz）、IrDA紅外線技術、HomeRF協(xié)議、Zigbee標準、Z-Wave標準、Z-world標準、X2D技術等）和電力線載波通信等。但是這些底層的通訊協(xié)議的通信信道均采取明文方式傳輸數(shù)據，如果這些數(shù)據被劫持，對攻擊者來說獲取所有的數(shù)據都將輕而易舉。由于這些傳感器的布線都在室內，所以以上假設建立在已經被攻破之后。但是如果使用如藍牙、WiFi及NFC等無線通訊措施，這些數(shù)據就可能被附近的潛在攻擊者所利用。

圖2 設備管理及控制攻擊風險拓撲圖

例如WEP無線就很容易被破解，從而進入內部網絡攻擊其他的設備，如圖2所示。目前的視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)由于支持遠程網絡管理和手機終端管理等多種管理方式，而目前幾乎所有的網絡傳輸均采用明文傳輸。所以智能家居管理系統(tǒng)只有對這些數(shù)據進行保護和控制，才能降低以致消除這些風險帶來的威脅。

2.2　互聯(lián)交互信息安全

智能家居管理系統(tǒng)要做到智能必將離不開網絡的支持，使用者要實現(xiàn)遠程管理需要網絡的支撐。智能設備（如智能冰箱）要實現(xiàn)自動購物及自動繳費模塊需要來自網絡的相關信息，智能溫控系統(tǒng)需要來自網絡的天氣或空氣質量信息等。信息在網絡中傳輸交互就會有相應的風險存在。

圖3 互聯(lián)交互信息攻擊風險拓撲圖

智能家居使用者在需要遠程管理和查看家居狀態(tài)（如監(jiān)控家中病患狀態(tài)及遠程開關門窗等）。視頻信息的實時性使得其難以加密傳輸，這導致了視頻數(shù)據在網絡中很容易被第三方惡意者所獲取；遠程控制信息如果采用明文傳輸也將會導致同樣的后果。即使采用非明文傳輸方式，如果沒有可信的傳輸方式也會遭到中間人的回訪等攻擊（通過網絡錄制使用者開關門窗的數(shù)據包，通過偽造智能管理終端重放數(shù)據包做開門操作等）。再者，供應商所提供的服務支持平臺的安全性仍需加強，最近監(jiān)控系統(tǒng)淪陷就是很好的一個例子。

另一方面攻擊者通過偽造智能家居管理端來欺騙智能客戶端，使得使用者無法及時獲得家中相應的情況造成不可估量的損失。

2.2.1　智能家居管理系統(tǒng)中的信息保護方法

（1）管理設備使用可信機制

管理系統(tǒng)與設備通訊數(shù)據的安全，為了有效地防止被竊聽篡改和控制，我們可通過對設備與管理系統(tǒng)采用雙重認證鑒別來實現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 可信機制拓撲圖

在管理系統(tǒng)與設備之間建立可信的相互鑒別機制，可有效防止中間人的攻擊。同樣鑒別的信息或介質必須不可偽造才能保證鑒別是可信的。在被管理設備端可設置唯一可信的管理端且建有備用通訊通道，如果檢測到非法的管理端接入，可通過備用的通信通道向可信的管理端或警用接口發(fā)送警告信息，并采取一定的措施，如斷開非可信連接。

（2）遠程可信通道

管理系統(tǒng)與遠程終端通訊數(shù)據的安全，為了有效地防止被竊聽、篡改和控制，我們可通過對遠程終端與管理系統(tǒng)采用加密通訊通道實現(xiàn)（VPN、HTTPS等），如圖5所示。

圖5 遠程可信通道

管理系統(tǒng)與遠程管理客戶端之間的通信過程通常是，客戶端訪問管理系統(tǒng)端，由于個人的VPN通道對于大多數(shù)使用者來說難以承受，所以在遠程管理客戶端與管理系統(tǒng)之間通過HTTPS方式管理即可滿足普通的加密通信；與客戶端和管理系統(tǒng)的通訊不同，企業(yè)提供的服務具備長期穩(wěn)定和持續(xù)性，所以為其建立一條VPN通道則可行而且有效。如果其提供其他的網絡接口，這些接口應該盡可能地通過非明文方式通信。

（3）建立可靠的防御機制

管理系統(tǒng)自身的安全，為了有效地防止自身被惡意攻擊，可通過在管理系統(tǒng)上增加相應的防御模塊來實現(xiàn)，如圖6所示。

圖6 管理模塊增加防御模塊

防御機制包括自身防御，以及對被管理設備所遭受攻擊的保護兩部分。自身防御包括管理界面的防止暴力破解、自身的系統(tǒng)不存在可被利用的風險問題、提供的是服務不被垃圾報文所攻破造成拒絕服務。與之對應的是通過對鑒別失敗進行合理的處理（鎖定、告警記錄日志）；及時升級系統(tǒng)，關閉不必要的任何端口，對管理界面的任何輸入均做檢查，防止（如SQL注入，XSS跨站腳本等）的攻擊；在管理系統(tǒng)中增加正對DDOS的防御模塊以抵御（SynFlood等）。

3　結語

本文在淺析智能家居管理系統(tǒng)存在的信息安全問題的基礎上，在現(xiàn)有的信息安全管理狀態(tài)下，結合筆者多年的信息安全測試經驗，詳細分析了智能家居中信息安全的不足與風險。同時，本文簡要地介紹了如何規(guī)避智能家居管理系統(tǒng)中的信息安全問題和風險的方法，由于智能家居管理系統(tǒng)的開發(fā)者、管理生態(tài)系統(tǒng)和相應職能部門均長期處于無人監(jiān)管和引導的狀態(tài)，使得真正地實現(xiàn)智能家居管理系統(tǒng)信息安全的進程任重道遠。

作者簡介

郭運堯（1987-），男，貴州人，研究實習員，碩士，2010年畢業(yè)于山東理工大學電子信息工程專業(yè)，2012年畢業(yè)于北京郵電大學軟件工程專業(yè)。現(xiàn)就職于公安部第三研究所，主要從事信息安全相關工作。

沈清泓（1985-），男，浙江德清人，助理研究員，博士，現(xiàn)就職于公安部第三研究所，主要研究方向為工控信息安全，制造執(zhí)行系統(tǒng)，評估及其標準化等。

顧健（1963-），男，博士，現(xiàn)就職于公安部第三研究所公安部，擔任公安部信息安仝產品檢測中心（公安部計算機信息系統(tǒng)安全產品質量監(jiān)督檢驗中心、公安部等級保護評估中心）副主任至今。從事信息網絡的產品系統(tǒng)安全有關的檢驗標準、工具和方法研究，開展信息安全產品和信息系統(tǒng)的安全性測評工作，承擔多項國家重大專項、發(fā)改委專項、科技部等國家和省部級項目的研究工作。

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摘自《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全專刊（第二輯）》