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物联网发布者在数据传输过程中如何防止数据被篡改

2024-11-15 13

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简介： 在物联网数据传输中，为防止数据被篡改，可采用加密技术、数字签名、数据完整性校验等方法，确保数据的完整性和安全性。

数据加密技术
- 对称加密
  - 原理：使用相同的密钥进行加密和解密。例如，物联网发布者可以采用AES（Advanced Encryption Standard）算法，将数据加密后再进行传输。在发送端，发布者使用密钥对原始数据进行加密，生成密文；在接收端，只有拥有相同密钥的设备才能将密文解密为原始数据。由于攻击者没有密钥，很难对加密后的数据进行篡改。
  - 应用场景与优势：适用于大量数据传输，如视频监控设备（发布者）向服务器传输视频数据。其加密和解密速度快，对资源的消耗相对较低，能有效保护数据在传输过程中的保密性和完整性。
- 非对称加密
  - 原理：使用一对密钥，即公钥和私钥。发布者用接收者的公钥对数据进行加密，接收者使用自己的私钥解密。例如，在一个安全要求较高的物联网支付系统中，支付数据从发布者（如移动支付设备）传输到支付网关，发布者使用支付网关的公钥加密数据，只有支付网关的私钥才能解密，从而防止数据被篡改。
  - 应用场景与优势：常用于对安全性要求极高的场景，如金融、医疗等领域的物联网设备通信。虽然其计算复杂度较高，但能提供更高级别的安全保障，确保数据来源的真实性和数据内容的完整性。
消息认证码（MAC）
- 原理与机制
  - 发布者在发送数据时，根据消息内容和共享密钥生成MAC。接收者在收到数据后，使用相同的密钥和收到的数据重新计算MAC。如果两个MAC值相同，就可以验证数据在传输过程中没有被篡改。例如，采用HMAC - SHA256（基于SHA256哈希算法的键控 - 哈希消息认证码），发布者将传感器采集的温度数据与共享密钥通过HMAC - SHA256算法生成MAC值，与温度数据一起发送。接收者按照相同算法重新计算MAC值进行验证。
- 密钥管理与更新
  - 密钥的安全性至关重要。发布者和接收者需要安全地存储和管理共享密钥。同时，为了应对可能的密钥泄露风险，应该定期更新密钥。可以通过密钥管理系统（KMS）来协调密钥的更新，确保MAC机制的长期有效性。
数字签名技术
- 签名生成与验证
  - 原理：发布者使用自己的私钥对数据进行签名。接收者使用发布者的公钥来验证签名。如果签名验证通过，说明数据是由合法的发布者发送的，并且数据在传输过程中未被篡改。例如，在软件更新的物联网场景中，软件发布者（发布者）使用私钥对更新文件进行签名，物联网设备（接收者）使用发布者的公钥验证签名，以确保更新文件的完整性。
  - 证书管理的重要性：数字签名通常涉及数字证书。发布者需要从权威的证书颁发机构（CA）获取证书，证书包含公钥和身份信息。接收者在验证签名时，首先要验证证书的有效性，包括检查证书是否过期、是否被吊销等。这确保了数字签名的可靠性，有效防止数据被非法篡改。
安全通信协议的应用
- MQTT over TLS/SSL（MQTTs）
  - 工作原理：MQTT是物联网中常用的消息传输协议。当使用TLS/SSL加密时，发布者与MQTT代理（Broker）之间建立安全通道。在传输过程中，数据被加密，并且TLS/SSL协议提供了数据完整性验证机制，防止数据被篡改。例如，在智能家居系统中，智能设备（发布者）通过MQTTs将环境数据（如温度、湿度）发送到服务器，确保数据在网络传输中的安全。
- CoAP over DTLS（Datagram Transport Layer Security）
  - 工作原理：CoAP是适用于资源受限设备的物联网协议。DTLS为基于UDP的CoAP通信提供安全保障，包括数据加密和完整性保护。发布者设备使用CoAP over DTLS协议发送数据，即使在不可靠的网络环境下，也能有效防止数据被篡改。例如，在低功耗传感器网络中，传感器（发布者）利用此协议发送数据。
数据冗余与校验
- 添加冗余数据和校验码
  - 发布者在发送数据时，可以添加一些冗余数据，如校验和、循环冗余校验码（CRC）等。接收者在收到数据后，通过相同的校验算法计算校验码，并与接收到的校验码进行比较。如果不一致，说明数据可能被篡改。例如，在简单的物联网传感器网络中，传感器（发布者）在发送温度数据时，同时发送CRC校验码，接收者对收到的数据重新计算CRC码进行验证。
- 数据分片与序列号
  - 对于大数据包，发布者可以将数据分片发送，并为每个分片添加序列号。接收者根据序列号重新组装数据，并检查是否有分片丢失或被篡改。例如，在视频监控物联网系统中，摄像头（发布者）将视频数据分片发送，通过序列号和校验机制确保视频数据在传输过程中的完整性。

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