关键词：NB-IOT；安全架构；轻量级
1NB-IOT物联网系统架构
我们首先对NB-IoT的系统架构、业务特点和安全风险进行分析，在此基础上进行安全架构的设计。
1.1系统架构
NB-IOT物联网系统的架构如图1所示。系统包括三个层次：终端层、网络层和应用层。
终端层通常也会称为感知层，位于NB-IoT的最底层，是所有上层架构与服务的基础。终端层包括满足多种用户需求的NB-IoT终端，这些终端形态各异、功能不同，使用的操作系统、运算环境各有差异。所有终端均配置了NB-IoT通信模块，终端设备功耗低、待机时间长、计算能力较弱、升级较困难，传输数据量小、通信间隔时间较长。
网络层主要为运营商NB-IoT基础网络，很少用户会自建NB-IoT网络，包括NB-IoT的接入网、核心网。NB-IoT网络具有广覆盖大连接的特点，一个扇区最大可支持10万个连接，是传统的移动通讯容量的50至100倍。
应用层为物联网业务平台，由于用户业务系统是用户信息系统的一部分，暂不列入NB-IoT物联网系统的应用层。应用层包括互联网公共业务平台、运营商业务平台、用户自建的业务平台，主要完成物联网终端信息收集、汇聚、处理；终端状态管理控制；与用户业务系统的信息交互等功能。运营商业务平台通常实现终端的信息收集管理、终端业务信息的转发等功能，为用户提供终端定位信息发布、终端状态查询等开放性服务功能。
2安全风险分析
2.1终端部署环境复杂带来的安全风险
不少NB-IoT终端部署在户外、野外等不安全的场所，容易被盗窃、被控制。终端失控后易造成用户隐私等信息的泄露，造成仿冒造终端接入系统发动攻击。
2.2终端能力低带来的安全风险
NB-IoT终端具有功能简单、超低功耗和低成本的特点，因此终端系统架构简单、计算能力及存储能力都较低。终端计算能力不足以支撑移动终端/计算机上安全、密码功能的移植，且轻量级的安全和密码功能也未能及时部署，因此绝大多数NB-IoT终端的安全防护能力不强，甚至处于“裸奔”状态，给系统带来较大的安全风险。
2.3终端升级困难带来的安全风险
信息设备的漏洞在逐步发现和修补，因此升级能力是所有信息设备的必备能力。NB-IoT终端部署广泛数量巨大、网络通信资源不够丰富，给NB-IOT终端及时升级带来困难。未能及时升级的“带病”终端是系统的安全隐患。
3NB-IoT物联网安全架构
NB-IoT物联网安全架构将基于系统架构，针对面临的安全风险进行设计。安全架构的构建目标是：建立NB-IoT物联网系统“云网端”一体化的安全防护体系，实现终端可管可控、网络稳定可靠、应用分级可用。基于上述原则，我们提出NB-IoT物联网系统的安全架构如图2所示。
下面分别从终端层、网络层和应用层对物联网系统的安全架构进行说明。
3.1终端层
目前NB-IoT终端的形式、结构、功能、体系架构等均没有统一的标准规范，因此我们采用“终端安全加固”对示意终端的安全防护功能，NB-IoT终端主要从以下几方面进行安全防护。
（1）实现终端的物理安全，例如对终端接口、芯片等的物理保护；对结构允许的终端增加防拆设计，实现强行拆卸自毁等防护功能。
（2）实现终端的系统安全，对条件允许的终端采用可信计算架构建立安全运行环境；对终端采用最小权限的管控原则，关闭调试功能等可能产生安全隐患的接口功能。
（3）设计适应NB-IoT系统的轻量级密码算法、密码体制和安全防护机制，以密码技术为基础实现终端的整体安全防护。
（4）对终端中的用户隐私、敏感信息、配置文件等重要数据进行加密存储和访问控制。
（5）支持对终端的实时状态监控，支持对状态异常的终端进行屏蔽入网/远程锁闭/远程数据擦除等紧急防护处置。
（6）为终端提供远程升级服务，支持远程升级包推送、强制升级等功能，及时修补终端的安全漏洞。
（7）实现终端系统准入制度，制定终端安全标准，对入网终端进行测试和评估，限制未通过测评的终端接入系统。
3.2网络层
NB-IoT网络具有终端海量接入、开放性等特点，需要从以下几方面来进行网络层的安全防护。
（1）支持终端入网身份认证，实现终端与网络之间的双向身份认证功能，限制非法终端接入网络。采用轻量级密码算法设计轻量级、高效、大连接的双向网络接入认证机制。
（2）对高安全用户提供终端与业务平台之间端到端的加密通信保护，保证信息传输的机密性、完整性和不可否认。
（3）在NB-IoT核心网和接入网之间、核心网与业务平台之间建立网络访问控制、异常流量检测/流量清洗、入侵检测与防御等边界安全防护机制。
（4）在NB-IoT网络层构建防DDOS（DistributedDenialofService，分布式拒绝服务）攻击、防篡改、防入侵、防病毒等基础网络安全防护能力，在网络层可防御信令欺骗、重放攻击、中间人攻击等。
3.3应用层
NB-IoT物联网系统的应用层需要在采取以下的安全防护：
（1）业务平台的基础防护能力。①物联网业务平台需要实现身份认证、访问控制、安全审计、安全监测等安全功能，保证业务平台自身的安全运行。②在物联网业务平台与核心网之间、业务平台与用户信息系统之间进行边界安全防护；实现业务平台与用户信息系统之间信息的受控交换。③物联网业务平台提供数据存储保护、数据传输保护以及数据的访问控制，保证业务平台数据的机密性、完整性和可用性。
（2）业务平台的业务安全和管理安全能力。①访问控制与分级管理。由于业务平台支持多种终端的接入和多类业务的处理，因此需要实现业务的分区分级保护。可按照用户对业务平台进行分区管控，严格限制不同分区之间的非法访问、信息获取。按照业务对物联网业务平台进行分级管控，根据业务级别实现业务的资源配置和访问控制。②态势感知与威胁防护。物联网业务平台可实现对全网的安全态势感知，对所有终端和网元进行实时状态监控，禁止非法终端、“带病”网元接入系统。物联网业务平台可实现对业务行为的监控和威胁防范，支持对业务数据的协议分析，可识别基于应用协议的安全攻击，过滤/限制非法业务访问。业务平台能够对收集到系统业务数据进行大数据分析，对系统进行威胁识别、风险预警和应急处置。
4结 语
随着NB-IoT的应用逐渐广泛以及用户需求的逐渐细化，系统最终呈现的架构可能与本文的架构有区别。但本文主要从共性的系统架构出发，对NB-IoT物联网系统所面临的安全风险进行综合性分析，从而提出的一个普适性的安全架构，在实际系统中可以根据系统的实际部署情况、业务需求进行裁剪和增强。
参考文献
[1]石建兵 . 窄带物联网（NB-IoT）应用与安全 [J]. 信息安全与通信保密，2017（6）：27-31.
[2]孙知信，洪汉舒.NB-IOT 中安全问题的若干思考[J].中兴通讯技术，2017（1）：47-50.
论文作者:李守伟
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/12
标签：终端论文; 业务论文; 系统论文; 架构论文; 平台论文; 网络论文; 安全防护论文; 《科学与技术》2019年第15期论文;