智能家居安全風(fēng)險與防護研究
Research On Smart Home Security Risk And Protection
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201904/400025.htm付凱,李莉,楊子羿,張洋
?。ㄖ袊畔⑼ㄐ叛芯吭?,北京 100191)
摘要:隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、大數據與人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展,智能家居產(chǎn)業(yè)日益繁榮。由于智能家居應用場(chǎng)景的特殊性與私密性,其安全問(wèn)題不容忽視,安全漏洞的存在可能導致嚴重后果,不僅會(huì )泄露用戶(hù)家庭住址、談話(huà)內容等隱私信息,還可能造成經(jīng)濟損失甚至人身安全威脅。因此,越來(lái)越多的研究者開(kāi)始關(guān)注智能家居安全,但目前相關(guān)研究仍處于起步階段。本文總結了智能家居安全現狀,梳理了已有的智能家居標準,分析智能家居存在的安全隱患并給出了相應的防護建議。
關(guān)鍵詞:智能家居;智能家居安全;安全風(fēng)險;防護建議
1 智能家居安全現狀
智能家居以家庭住宅為載體,通過(guò)自動(dòng)控制、計算機以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),將家電控制、環(huán)境監控、信息管理、影音娛樂(lè )等功能有機結合,為用戶(hù)提供更具便捷性、舒適性、與節能性的家庭生活環(huán)境。智能家居不單指某一獨立產(chǎn)品,而是一個(gè)廣泛的系統性安全性產(chǎn)品概念。
智能家居起源于20世紀80年代,其發(fā)展歷程大致分為四個(gè)階段:第一階段主要基于同軸線(xiàn)、兩芯線(xiàn)進(jìn)行家庭組網(wǎng),實(shí)現燈光、窗簾控制和少量安防等功能。第二階段主要基于RS-485線(xiàn),部分基于IP技術(shù)組網(wǎng),實(shí)現可視對講、安防等功能。第三階段實(shí)現了家庭智能控制的集中化,實(shí)現安防、控制、計量等業(yè)務(wù)。第四階段依靠全IP技術(shù),終端設備基于Zigbee、藍牙等技術(shù),業(yè)務(wù)提供采用“云”技術(shù),并可根據用戶(hù)實(shí)現定制化、個(gè)性化 [1] 。
目前,智能家居發(fā)展正處于第四階段,涌現了眾多智能家居平臺廠(chǎng)商。蘋(píng)果、亞馬遜、三星等眾多國際互聯(lián)網(wǎng)巨頭均推出了智能家居平臺,旨在為傳統硬件廠(chǎng)商提供智能化解決方案。國內小米、百度等公司也積極發(fā)展智能家居,推出小愛(ài)同學(xué)與小度音箱等AI產(chǎn)品,推進(jìn)智慧生活落地。
隨著(zhù)智能家居產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,其安全問(wèn)題也日益突出,安全事件頻頻發(fā)生,安全漏洞也逐漸增多。
1.1 安全問(wèn)題頻發(fā)
有關(guān)智能家居的安全事件日益增多。亞馬遜物聯(lián)網(wǎng)操作系統FreeRTOS以及AWS連接模塊被爆出存在13個(gè)安全漏洞。攻擊者可以利用這些漏洞破壞設備,獲取內存中敏感信息以及遠程運行代碼,甚至可以獲得設備完全的控制權 [2] 。思科研究人員發(fā)現三星智能家居平臺SmartThings Hub存在20多個(gè)漏洞。通過(guò)這些漏洞,攻擊者可執行任意代碼(包括系統操作命令),進(jìn)而可攻擊第三方智能家居設備 [3] 。除平臺之外,研究人員也發(fā)現智能家居設備存在一些漏洞。電視里廣播的漢堡王廣告可以令Google Home音箱自動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)維基百科 [4] ,卡通動(dòng)畫(huà)《南方公園》可以令Amazon Echo訪(fǎng)問(wèn)Amazon商城并自動(dòng)填滿(mǎn)用戶(hù)購物車(chē) [5] 。據《智能門(mén)鎖網(wǎng)絡(luò )安全分析報告》分析,市面上一些智能門(mén)鎖存在安全問(wèn)題,攻擊者無(wú)需知道密碼即可打開(kāi)門(mén)鎖,可能給使用者造成經(jīng)濟甚至人身安全損失 [6] 。
此外,國家互聯(lián)網(wǎng)應急中心(CNCERT)統計,2017年國家信息安全漏洞共享平臺(CNVD)共收錄了2440個(gè)有關(guān)聯(lián)網(wǎng)智能設備(此處聯(lián)網(wǎng)智能設備指物聯(lián)網(wǎng)設備)的安全漏洞,同比增長(cháng)高達118.4% [7] 。
1.2 安全研究現狀
隨著(zhù)安全事件與安全漏洞的不斷增多,智能家居安全逐漸成為安全領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。在《智能家居安全綜述》 [8] 中,作者歸納總結近幾年國內外有關(guān)智能家居安全的文獻,將安全問(wèn)題劃分為3個(gè)方面:平臺安全、設備安全和通信安全,并分析了這3方面智能家居安全研究現狀。
平臺安全主要指智能家居平臺存在的各類(lèi)安全問(wèn)題,包括用戶(hù)身份認證、設備訪(fǎng)問(wèn)控制、設備聯(lián)動(dòng)安全以及智能音箱安全等方面。因此,目前平臺安全研究主要集中在身份認證與訪(fǎng)問(wèn)控制方案設計,發(fā)現設備聯(lián)動(dòng)與智能音箱等新場(chǎng)景的安全問(wèn)題。智能家居設備多種多樣,其安全漏洞數量也日益增多。
相應的,目前設備安全研究主要集中在設備固件漏洞挖掘和設備側信道分析等方向。
通信協(xié)議安全主要用于保護用戶(hù)敏感信息在傳輸過(guò)程中不被泄露或竊取。因此,通信安全研究主要集中在協(xié)議漏洞挖掘和網(wǎng)絡(luò )流量分析,旨在發(fā)現流行的ZigBee、Bluetooth等協(xié)議中潛在的漏洞以及管控智能家居設備隱私泄露狀況,緩解智能家居安全威脅。
1.3 安全標準現狀
為更好的進(jìn)行智能家居安全研究工作,我們梳理了國內外智能家居相關(guān)的標準。但目前國內外關(guān)于智能家居的標準較少。
國內標準主要有《GB/T 35136-2017 智能家居自動(dòng)控制設備通用技術(shù)要求》 [9] ,該標準規定了家庭自動(dòng)化系統中家用電子設備自主協(xié)同工作所涉及的術(shù)語(yǔ)和定義、縮略語(yǔ)、通信要求、設備要求、控制要求和控制安全要求?!禛B/T 35143-2017 物聯(lián)網(wǎng)智能家居 數據和設備編碼》 [10] ,該標準規定了物聯(lián)網(wǎng)智能家居中各種設備的基礎數據和運行數據的編碼序號,設備類(lèi)型劃分和設備編碼規則?!禛B/T 35134-2017 物聯(lián)網(wǎng)智能家居設備描述方法》 [11] ,該標準規定了物聯(lián)網(wǎng)智能家居設備的描述方法、描述文件的格式要求、功能對象類(lèi)型、描述文件元素的定義域和編碼、描述文件的使用流程和功能對象數據結構?!禛B/T 36464.2-2018 信息技術(shù) 智能語(yǔ)音交互系統 第2部分:智能家居》 [12] ,該標準規定了智能家居語(yǔ)音交互系統的術(shù)語(yǔ)和定義、系統框架、要求和測試方法(該標準將于2019年1月1日實(shí)施)?!禛B/T 34043-2017 物聯(lián)網(wǎng)智能家居 圖形符號》 [13] ,該標準規定了物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統圖形符號分類(lèi)以及系統中智能家居用電器類(lèi)、安防監控類(lèi)、環(huán)境監控類(lèi)、公共服務(wù)類(lèi)、網(wǎng)絡(luò )設備類(lèi)、影音娛樂(lè )類(lèi)、通信協(xié)議類(lèi)的圖形符號。中國智能家居產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟團標《智能家居網(wǎng)絡(luò )系統安全技術(shù)要求》 [14] ,該標準規定了具有網(wǎng)絡(luò )功能的智能家居設備以及由這些設備組成的網(wǎng)絡(luò )信息系統的安全技術(shù)要求。此外,TC260 WG6 通信安全標準工作組在研標準《信息安全技術(shù) 智能家居安全通用技術(shù)要求》。國際標準有《ISO/IEC TR 29108-2013 信息技術(shù).智能家居術(shù)語(yǔ)》 [15] ,該標準規定了未來(lái)在國際標準和其他智能家居規范中使用的術(shù)語(yǔ)。
經(jīng)過(guò)梳理分析,我們發(fā)現國內外有關(guān)智能家居安全標準相對較少,只有一個(gè)團標與在研標準。此外,目前的智能家居標準還沒(méi)有形成一個(gè)完整的體系,應加大智能家居安全標準化工作。
2 智能家居安全風(fēng)險
基于以上研究,本部分著(zhù)重分析智能家居存在的安全隱患。目前市面上流行的智能家居系統架構主要包括云端、設備終端以及手機終端,如下圖1所示?;谖墨I[8]與《智能硬件安全》 [16] ,本文將從智能家居云端、智能家居設備終端、智能家居手機終端以及智能家居通信四個(gè)方面分析其可能存在的安全風(fēng)險。
2.1 智能家居云端安全風(fēng)險
智能家居系統的云端一般用來(lái)存放智能家居設備收集的數據、管理控制程序以及管理平臺內容等,主要實(shí)現的功能有:
?。?)數據聚合與分析:云端將智能家居設備終端收集的數據進(jìn)行存儲及智能處理分析。
?。?)管理、控制與協(xié)調不同的設備、系統與服務(wù):用戶(hù)可以通過(guò)APP與云端相結合進(jìn)行智能家居設備控制管理操作,進(jìn)而享受更便捷的家庭居住環(huán)境。
云端面臨的安全風(fēng)險主要有以下幾點(diǎn):
?。?)身份認證與鑒別安全:身份認證主要用來(lái)驗證使用者身份,防范非法用戶(hù)對云端與設備的訪(fǎng)問(wèn),是信息安全的一個(gè)重要方面。攻擊者可利用云端身份認證技術(shù)存在的漏洞進(jìn)行攻擊,譬如進(jìn)行弱口令爆破攻擊、挖掘用戶(hù)密碼修改流程中的漏洞以及嘗試認證繞過(guò)等。
?。?)訪(fǎng)問(wèn)控制安全:訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)的目的主要是阻止用戶(hù)(包括非法與合法用戶(hù))對受保護的網(wǎng)絡(luò )資源進(jìn)行非授權的訪(fǎng)問(wèn)。云端訪(fǎng)問(wèn)控制機制不健全時(shí),會(huì )造成嚴重的后果,譬如用戶(hù)A可以非法獲取用戶(hù)B的敏感信息或非法操作其智能家居設備。
?。?)Web安全:云端一般支持Web服務(wù),可能會(huì )存在XSS、CSRF以及SQL注入等常見(jiàn)的Web漏洞。與傳統攻擊手段類(lèi)似,攻擊者可利用SQL注入竊取云端數據庫內容,進(jìn)而獲取使用者賬號與密碼,從而可進(jìn)行查看用戶(hù)隱私與非法操控用戶(hù)智能家居設備等違法行為。
?。?)數據安全:云端收集大量用戶(hù)數據,因此會(huì )存在信息泄露等風(fēng)險。因此云端應加密存儲數據,防止數據泄露與被修改、刪除等。
?。?)系統安全:當云端服務(wù)器或路由器等網(wǎng)絡(luò )設備使用的系統、軟件存在高危漏洞時(shí),攻擊者可通過(guò)這些漏洞進(jìn)行攻擊,進(jìn)而攻陷云端網(wǎng)絡(luò )設備,甚至可以控制整個(gè)服務(wù)。
2.2 智能家居設備終端安全風(fēng)險
智能家居設備多種多樣,包括智能攝像頭、智能門(mén)鎖、智能音箱以及智能網(wǎng)關(guān)等,通常會(huì )存放用戶(hù)密碼、與云端交互的指令、控制協(xié)議等重要信息。我們可以從設備固件與其提供的服務(wù)等角度分析其存在的安全風(fēng)險。
智能家居設備終端也面臨身份認證與鑒別以及訪(fǎng)問(wèn)控制兩大安全風(fēng)險。為了便于遠程管理,智能攝像頭、智能網(wǎng)關(guān)等設備往往都支持Web服務(wù),因此部分智能家居設備終端也面臨常見(jiàn)的Web漏洞威脅。此外,智能家居設備終端還存在以下安全風(fēng)險:(1)固件安全:因受資源環(huán)境限制,智能家居設備固件往往較簡(jiǎn)單。攻擊者可下載固件文件進(jìn)行反編譯,提取其文件系統,通過(guò)靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)調試挖掘可能存在的漏洞,并嘗試利用發(fā)現的漏洞進(jìn)行攻擊。
?。?)軟件安全:當設備系統軟件存在已知安全漏洞時(shí),其受到攻擊的風(fēng)險將大大增加。此外,設備廠(chǎng)商應提供可靠的軟件更新渠道,防止用戶(hù)因無(wú)法升級而受到已知漏洞攻擊。
?。?)側信道安全:攻擊者可使用側信道攻擊,通過(guò)分析智能家居設備運行過(guò)程中時(shí)間消耗、功率消耗以及電磁輻射等信息來(lái)猜測有關(guān)用戶(hù)家庭環(huán)境和個(gè)人活動(dòng)的各種敏感數據。
?。?)芯片安全:隨著(zhù)“英特爾芯片門(mén)事件”的爆發(fā),芯片安全也亟需重視。當設備使用含有安全漏洞的芯片時(shí),將毫無(wú)安全可言。
?。?)端口與服務(wù)安全:攻擊者可對設備開(kāi)放的端口與服務(wù)進(jìn)行分析,尋找潛在的攻擊點(diǎn)。譬如當智能家居設備開(kāi)啟Telnet服務(wù)時(shí),攻擊者可暴力破解用戶(hù)密碼。
2.3 智能家居手機終端安全風(fēng)險
手機終端安全風(fēng)險主要指與智能家居相關(guān)的APP面臨的安全威脅。APP一般會(huì )存放與云端交互的API接口,用戶(hù)注冊流程、密碼修改流程以及登錄流程等重要信息,一般存在身份認證與鑒別、訪(fǎng)問(wèn)控制等安全風(fēng)險。此外,因其特殊性,手機APP還會(huì )面臨以下安全風(fēng)險:
?。?)APP源代碼安全:為快速上線(xiàn)搶占市場(chǎng),大量手機APP客戶(hù)端并未對代碼進(jìn)行混淆,也未進(jìn)行加固。因此,攻擊者可較容易逆向找出源代碼,進(jìn)而可以通過(guò)代碼審計來(lái)挖掘漏洞,譬如可以對接口代碼進(jìn)行分析,獲取控制流程與登錄流程的內容,亦可獲取密鑰與測試接口等敏感信息。
?。?)APP更新安全:有些手機APP客戶(hù)端未提供更新包驗證機制,攻擊者可以將惡意程序植入APP更新包并誘導用戶(hù)安裝,從而達到控制智能家居設備的目的。
?。?)短信驗證碼安全:一般情況下,APP客戶(hù)端賬戶(hù)注冊及修改密碼都需要短信驗證碼。但有些APP并未對驗證碼進(jìn)行有效性驗證。攻擊者可利用短信驗證碼繞過(guò)漏洞任意修改其他用戶(hù)密碼,進(jìn)而進(jìn)行違法犯罪行為。
?。?)越權控制:越權控制漏洞屬于訪(fǎng)問(wèn)與控制范疇。部分手機APP客戶(hù)端中部分功能存在越權漏洞,攻擊者可越權橫向控制其他用戶(hù)設備或縱向獲取云端或手機最高管理員權限。
2.4 智能家居通信安全風(fēng)險
智能家居通信協(xié)議主要包括ZigBee、Bluetooth、MQTT以及CoAP等。對于通信安全,我們主要考慮分析手機端、云端與設備終端之間的流量關(guān)系,總結其面臨的安全風(fēng)險。
?。?)協(xié)議加密:手機端與云端、云端與設備終端以及設備終端與云端之間數據傳輸若采取明文協(xié)議傳輸,將大大增大信息泄露的風(fēng)險。譬如一些智能攝像頭使用未加密的RTSP協(xié)議進(jìn)行視頻傳輸,攻擊者只需把地址復制到一個(gè)能夠支持RTSP協(xié)議的播放器中,即可獲得當前攝像頭的拍攝畫(huà)面。
?。?)協(xié)議破解:攻擊者可嘗試分析破解通信協(xié)議,進(jìn)而解密加密數據或進(jìn)行攻擊,譬如分析用戶(hù)登錄過(guò)程,破解出用戶(hù)與設備之間的對應關(guān)系,進(jìn)而可通過(guò)修改設備標識來(lái)橫向越權控制其他用戶(hù)的設備。
?。?)重放攻擊:部分協(xié)議設計之初未考慮安全因素,可能導致重放攻擊。
?。?)網(wǎng)絡(luò )流量分析:攻擊者可通過(guò)分析設備產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò )流量,進(jìn)而得到用戶(hù)家庭環(huán)境或隱私等敏感信息。
3 防護建議
3.1 智能家居云端防護建議
對于智能家居云端,我們建議從以下幾方面進(jìn)行防護。
?。?)設計安全的身份訪(fǎng)問(wèn)與鑒別機制。
?。?)設計安全的訪(fǎng)問(wèn)控制機制。
?。?)采取設置防火墻等Web防護手段,保護Web安全,并定期進(jìn)行已知漏洞掃描與滲透攻擊工作,盡可能降低被攻擊的可能性。
?。?)對用戶(hù)密碼等敏感信息進(jìn)行加密存儲,防止用戶(hù)隱私泄露,并做好備份與修復工作。
?。?)安裝必要的殺毒軟件,及時(shí)關(guān)注系統與軟件升級公告并做好升級工作,定期進(jìn)行已知漏洞掃描工作,減少已知漏洞威脅。
3.2 智能家居設備終端防護建議
對于智能家居設備終端,我們建議從以下幾方面進(jìn)行防護。
?。?)設計安全的身份訪(fǎng)問(wèn)與鑒別機制。
?。?)設計安全的訪(fǎng)問(wèn)控制機制。
?。?)固件采取必要的加固與混淆處理,增加逆向破解的成本。
?。?)做好軟件開(kāi)發(fā)與測試工作,防止系統軟件存在已知漏洞,譬如采取SDL開(kāi)發(fā)。
?。?)及時(shí)關(guān)注固件與軟件更新公告,做好升級工作,減少被入侵風(fēng)險。
?。?)采取必要的手段抵御側信道攻擊。
?。?) 使 用 或 研 發(fā) 安 全 芯 片 , 防 止 出 現 類(lèi) 似Meltdown和Spectre等漏洞。
?。?)根據實(shí)際情況,采用“最小權限原則”與“默認拒絕”策略,默認關(guān)閉不必要的服務(wù)與端口,譬如關(guān)閉Telnet、FTP服務(wù)等。
3.3 智能家居手機終端防護建議
對于手機APP,我們建議從以下幾方面進(jìn)行防護。
?。?)設計安全的身份訪(fǎng)問(wèn)與鑒別機制。
?。?)設計安全的訪(fǎng)問(wèn)控制機制。
?。?)增強身份驗證,明確用戶(hù)與權限之間的對應關(guān)系,采取“最小權限原則”與“默認拒絕”策略,防止出現越權漏洞,此外服務(wù)端需要做好驗證,防止出現短信驗證碼繞過(guò)問(wèn)題。
?。?)源代碼進(jìn)行必要的加固、混淆處理,增加逆向破解的成本。
?。?)手機安裝必要殺毒軟件,及時(shí)關(guān)注APP升級公告,做好升級工作,減少被入侵風(fēng)險,且必須在正規官方下載地址下載升級包。
3.4 智能家居通信防護建議
對于通信協(xié)議,我們建議從以下幾方面進(jìn)行防護。
?。?)加密傳輸數據,并使用安全強度較高的加密算法,如AES、SM4等國內外標準加密算法,避免使用base64、DES等不安全算法,防止信息泄露與竊取。
?。?)使用成熟且安全強度較高的通信協(xié)議,防止協(xié)議被破解。
?。?)加強認證過(guò)程,確保傳輸數據與用戶(hù)隱私內容等不被第三方越權獲取。
?。?)采取添加隨機數、時(shí)間戳等方式防止重放攻擊。
4 結論
智能家居安全問(wèn)題愈發(fā)嚴峻,逐漸成為熱點(diǎn)研究問(wèn)題,但目前相關(guān)研究仍處于起步階段。本文總結了智能家居安全現狀,梳理了目前的智能家居標準化情況,并基于已有文獻與安全案例,歸納分析智能家居存在的安全隱患并給出了相應的防護建議。希望為智能家居安全與安全標準化工作提供一定的參考。
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本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第5期第72頁(yè),歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用,并注明出處
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