物聯(lián)網(wǎng)將是下一個推動世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”，物聯(lián)網(wǎng)也是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。隨著萬物聯(lián)網(wǎng)的興起，如何應(yīng)用新技術(shù)保證物聯(lián)網(wǎng)的安全，成為當(dāng)下需要解決的問題。區(qū)塊鏈是一種分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等多種技術(shù)相整合的新型安全保障，使用區(qū)塊鏈的技術(shù)確保物聯(lián)網(wǎng)的安全是一種前瞻也是一種發(fā)展。

　　云安全聯(lián)盟 (CSA)發(fā)布了《用區(qū)塊鏈技術(shù)保障物聯(lián)網(wǎng)安全》報告,該報告涉及兩種不同成熟度級別的技術(shù)：區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)，重點介紹了使用區(qū)塊鏈技保護連接設(shè)備時應(yīng)考慮的各種功能，探討區(qū)塊鏈技術(shù)在促進和改善物聯(lián)網(wǎng)安全方面的能力。報告對區(qū)塊鏈技術(shù)進行了高度概述, 描述了一組體系結(jié)構(gòu)模式使區(qū)塊鏈技術(shù)可以作為一種防護手段來保障物聯(lián)網(wǎng)安全，同時還提供了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)安全的實例。本文翻譯并提取云安全聯(lián)盟發(fā)布的英文版《用區(qū)塊鏈技術(shù)保障物聯(lián)網(wǎng)安全》報告的主要內(nèi)容，希望以與讀者一些啟發(fā)，能夠應(yīng)用新應(yīng)技術(shù)區(qū)塊鏈保證物聯(lián)網(wǎng)的安全。

　　區(qū)塊鏈概述

　　區(qū)塊鏈技術(shù)【1】簡稱是區(qū)塊鏈【2】是一種區(qū)塊服務(wù)，它是一個事務(wù)存儲庫，將事務(wù)分組存到區(qū)塊中?！懊總€區(qū)塊都包含上一個區(qū)塊的散列函數(shù)(Hash),就產(chǎn)生了創(chuàng)建從原始區(qū)塊到當(dāng)前區(qū)塊的一系列區(qū)塊的效果【3】，并對每個區(qū)塊的內(nèi)容進行數(shù)字簽名，以確保記錄的事務(wù)的數(shù)據(jù)完整性。”

　　區(qū)塊鏈服務(wù)的三個主要組件

　　(1) 自治節(jié)點網(wǎng)絡(luò)

　　自治節(jié)點網(wǎng)絡(luò)是指區(qū)塊鏈服務(wù)的所有節(jié)點(也稱為區(qū)塊鏈平臺)協(xié)作以保持分類帳簿的一致性。其中獨立節(jié)點自動生成，并將合法的事務(wù)注冊到分布式賬簿本。對于驗證事務(wù)，不需要中央主管(權(quán)威)機構(gòu)或可信的第三方。

　　每個節(jié)點都運行一個被稱為協(xié)商一致意見【4】的程序機制。協(xié)商一致意見是節(jié)點在一組事務(wù)中如何更新區(qū)塊鏈的過程，并且達成共識，確保網(wǎng)絡(luò)中的大多數(shù)節(jié)點都驗證了相同的事務(wù)集。

　　分布式協(xié)商一致的目標是保持系統(tǒng)中足夠多數(shù)的分類賬簿是正確和最新的(在一個粗略的時間尺度上)。協(xié)商一致性的機制防止了：

　　A)惡意的事務(wù)的通過

　　B)追溯修改交易來破壞賬簿的完整性

　　C)執(zhí)行未經(jīng)許可的事務(wù)(例如:“雙支出”和在加密貨幣設(shè)置中轉(zhuǎn)讓非自有資產(chǎn))或阻止對正確事務(wù)請求的接受和預(yù)訂。

　　在開發(fā)區(qū)塊鏈服務(wù)防范特定攻擊時所選擇協(xié)商一致的方法，這些攻擊緩解措施并不完全是技術(shù)性的。以比特幣的“工作量證明”為例，即獲得51%的采礦哈希計算力，將有可能使攻擊者花費雙倍花費的硬幣或改變近期的交易歷史。

　　此外，獲得51%的哈希計算力和傳播惡意交易將迅速破壞對加密貨幣的信心，并顯著降低惡意方的利益風(fēng)險價值。此外，惡意方可以簡單地利用他們的哈希計算力在挖掘過程中為自己創(chuàng)造收益。

　　在一個被許可的(封閉的)系統(tǒng)中，經(jīng)濟不利因素可能不存在。許可系統(tǒng)還往往采用減少開采困難，允許在網(wǎng)絡(luò)中進行更快的事務(wù)。這些許可系統(tǒng)必須要符合傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全控制，包括彈性防護、基于硬件的錢包、網(wǎng)絡(luò)礦工限制訪問控制、身份管理和強大的審計能力，以確保潛在的監(jiān)管介入、訴訟和刑事調(diào)查系統(tǒng)在內(nèi)的不當(dāng)行為。

　　三種在區(qū)塊鏈中的主要共識的機制

　　拜占庭容錯(BFT)：拜占庭式容錯(BFT)算法的設(shè)計是為了避免攻擊和軟件錯誤引起的故障節(jié)點表現(xiàn)出任意的行為(拜占庭式的錯誤)。BFT在參與的情況下提供了一致意見。

　　這種方法的缺點是，在形成區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量上，可伸縮性限制。已經(jīng)提出了BFT的替代方法，包括實用的拜占庭式容錯。目前使用PBFT的區(qū)塊鏈實現(xiàn)的例子是Linux基金會Hyperledger fabric (0.6)和瑞波幣.

　　由比特幣和以太坊(Ethereum)使用的“工作量證明”(POW)是一種廣為人知的建立共識的機制：在工作量證明(POW)【5】一個單獨的節(jié)點可以向其他節(jié)點提供其結(jié)論，該節(jié)點可以由網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點進行驗證。提交一個生成的塊的節(jié)點，為了能夠達成共識，還必須提供它執(zhí)行的工作的證明，這是一個計算困難的任務(wù)(基于哈希函數(shù)的“密碼解題”)。

　　工作量證明(POW)提供了良好的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。然而，工作量證明(POW)的成本特別高。計算資源消耗。“礦工”被授予作為成功的塊生成的回報，獲得一個秘密獎勵。

　　權(quán)益證明(POS)【6】與POW類似：節(jié)點在生成塊時獲得獎勵。然而，只有幾個節(jié)點可以參與到這個階段。實際上，下一個生成節(jié)點是基于累積的財富(即，即:“權(quán)益”)。基于POS的區(qū)塊鏈的挖掘過程通常稱為“偽造”或“鑄造”。推出PoS的技術(shù)就是點點幣(PeerCoin)。

　　(2) 交易分類帳

　　“區(qū)塊鏈”中數(shù)據(jù)庫是由塊組成。每個塊包含一個有效的事務(wù)列表、一個時間戳和將當(dāng)前塊鏈接到上一個塊的信息。通過每個塊的鏈接到前面的塊的鏈接創(chuàng)建分類賬簿。

　　分類賬的核心是哈希加密，這是一種數(shù)學(xué)算法，它將可變大小的數(shù)據(jù)映射到一個固定大小的字符串。所有的交易——A, B, C, D -都是散列- H(A)， H(B)， H(C)， H(D) -然后匯總成連續(xù)的哈希- H(hA|hB)， H(hC|hD) -構(gòu)成一棵Merkle樹。頂部散列，或Merkle樹根，是集成塊頭部。

　　(3)分布式數(shù)據(jù)庫

　　分布式數(shù)據(jù)庫【7】是指當(dāng)添加新的事務(wù)時，會生成一個分類賬，并且可以在系統(tǒng)的節(jié)點上進行復(fù)制，這就是分布式賬簿。網(wǎng)絡(luò)上的每個節(jié)點都有自己的數(shù)據(jù)庫副本，可以訪問任何數(shù)據(jù)庫的歷史事務(wù)。

　　特定的加密貨幣的區(qū)塊鏈容量將驅(qū)動特聯(lián)網(wǎng)和其他主機的存儲容量需求。下表為流行的加密貨幣在2017年8月14日提供區(qū)塊鏈容積。

　　事務(wù)傳播和區(qū)塊鏈建設(shè)

　　下面是區(qū)塊鏈事務(wù)的通用處理流程。當(dāng)一個事務(wù)被提交到一個節(jié)點時，一個區(qū)塊鏈服務(wù)通常運行如下:

　　1. 將新事務(wù)廣播到所有節(jié)點。

　　2. 每個節(jié)點將新事務(wù)收集到塊中。

　　3. 每個節(jié)點工作在塊的一致性算法上(一般來說，這個任務(wù)在節(jié)點處理和耗電方面是昂貴的)。

　　4. 當(dāng)節(jié)點完成協(xié)商一致性算法處理時，它將該塊和處理結(jié)果廣播給所有節(jié)點，然后接收該工作的補償。(在比特幣的情況下，補償是由比特幣礦工處理和接收的交易費用。)

　　5. 節(jié)點僅在其所有事務(wù)有效時才接受該塊。

　　6. 通過使用已接受塊的散列作為前一個散列，通過在鏈中創(chuàng)建下一個塊來表示對塊的接受。

　　這種技術(shù)并不新鮮：它涉及數(shù)字簽名、密碼哈希算法、對等連接、分布式數(shù)據(jù)庫等等。在當(dāng)前的形勢下，有效結(jié)合這些離散技術(shù)的區(qū)塊鏈技術(shù)是必要的，因為提高計算能力和互聯(lián)網(wǎng)速度可以實現(xiàn)分布式計算。

　　智能合約

　　智能合約【8】是在分類帳上執(zhí)行的自執(zhí)行代碼。使用智能合約，雙方進行交易。例如，一方可以提供服務(wù)，而另一方為該服務(wù)提供支付。智能合約強制執(zhí)行交易規(guī)則，也可以執(zhí)行與違約相關(guān)的懲罰。

　　在物聯(lián)網(wǎng)的背景下，設(shè)備可以預(yù)先配置為基于區(qū)塊鏈上的契約地址與智能合約進行交互。這些設(shè)備隨后可以進入彼此之間的事務(wù)處理。智能合約監(jiān)視事務(wù)流程，并并驗證在發(fā)布資金或允許操作之前遵循了規(guī)則。

　　使用智能合約的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實現(xiàn)者必須考慮潛在的誤用案例，并安裝規(guī)則在合約中。例如，一個智能合約開發(fā)人員可能會強制執(zhí)行托管(保留資金)要求，直到完成智能合約條款的驗證。與智能合約一起工作時，考慮其他安全要求，包括需要避免在第一次合約交易完成之前再次執(zhí)行合約的競爭條件(即第一筆合約交易完成之前，合同可以再次執(zhí)行)，驗證合約的發(fā)送方和接收方不使用相同的地址。確保只有授權(quán)的設(shè)備才能使用智能合約。

　　鏈下存儲解決方案

　　負責(zé)實施區(qū)塊鏈技術(shù)的解決方案開發(fā)人員應(yīng)該認識到，沒有與使用公共區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的機密性保護。即使是私有/許可的網(wǎng)絡(luò)也缺乏足夠的保密工具來支持在鏈上存儲敏感數(shù)據(jù)。相反，許多組織需要建立起來“鏈下”存儲解決方案，這些解決方案可以用來存儲數(shù)據(jù)產(chǎn)品，而區(qū)塊鏈將這些產(chǎn)品的散列記錄為事務(wù)。這些鏈下存儲解決方案應(yīng)該根據(jù)任何法規(guī)要求或行業(yè)最佳實踐進行加密。

　　部署選項

　　區(qū)塊鏈可以在 三個 區(qū)域內(nèi)部署:

　　未經(jīng)許可的區(qū)域(public)

　　每個節(jié)點都可以讀取和發(fā)送事務(wù)，也可以參與協(xié)商一致的過程。POW一致性算法最適合于不受約束的區(qū)域。

　　聯(lián)盟區(qū)域(例如部分許可)

　　定義節(jié)點可以參與協(xié)商一致過程。讀取和發(fā)送交易可能是公開的或受限制的。拜占庭容錯(BFT)最好應(yīng)用于聯(lián)盟部署，比如Hyperledger——一個由Linux基金會管理的開源項目。

　　許可區(qū)域(private)

　　受信任的組織可以將事務(wù)寫入?yún)^(qū)塊鏈，而協(xié)商一致機制則無關(guān)緊要。這種部署對受監(jiān)管的行業(yè)或?qū)儆谕环蓪嶓w的組織最有效。例如由項目R3和金融機構(gòu)的鏈核心所提議的垂直項目，很可能是由中央權(quán)威管理的私人區(qū)塊鏈。

　　比特幣和以太坊是不受許可的區(qū)塊鏈實現(xiàn)，它們在支持分布式應(yīng)用程序(DAP)方面獲得了廣泛的支持。以太坊包括可以使用的固體編程語言。輕松構(gòu)建智能合約，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的自主點對點交易。解決方案，如BTC中繼，提供了在以太坊中解決智能合約的能力，并通過比特幣進行支付。

　　區(qū)塊鏈實現(xiàn)是在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建服務(wù)的框架，例如加密貨幣、分布式應(yīng)用程序和智能合約。該框架描述了要使用的理論概念以及它們?nèi)绾谓M合(例如，協(xié)商一致機制，數(shù)字簽名、密碼方法和通信屬性等內(nèi)容)。由實現(xiàn)者指定并詳細說明實現(xiàn)框架的技術(shù)組件。右邊的圖提供了在設(shè)計基于塊的物聯(lián)網(wǎng)的安全解決方案時要考慮的技術(shù)組件。

　　多個區(qū)塊鏈實現(xiàn)是可能的，并且每一個都提出了不同用法和服務(wù)的建議。在這些網(wǎng)絡(luò)之間的“無信任交換”將可能使用一個名為雙向掛鉤”的中繼，允許訪問另一個區(qū)塊鏈的功能。Rootstock是一個開放源代碼的智能合約平臺，采用雙向綁定的比特幣。

　　基于區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)【9】中，需要對物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)模式進行測試。區(qū)塊鏈服務(wù)，定義的模式應(yīng)該包括以下三個部分:

　　通信模型

　　通信模型描述了直接在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點上安裝區(qū)塊鏈軟件，或者將應(yīng)用程序編程接口(api)安裝到IoT節(jié)點上。下圖展示了一個通用的、接受的模型，結(jié)合了區(qū)塊鏈技術(shù)和IoT，當(dāng)IoT edge設(shè)備具有強大的功能，使它們能夠承載事務(wù)節(jié)點軟件，存儲分類賬，并通過節(jié)點網(wǎng)絡(luò)維護通信。

　　物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)節(jié)點

　　在前面的圖中，每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都承載了分類賬，并且能夠參與包括挖掘在內(nèi)的區(qū)塊鏈事務(wù)。每個設(shè)備都配置了一個私有密鑰，或者包含了內(nèi)部自生成的私有密鑰來參與網(wǎng)絡(luò)事務(wù)。這個最終狀態(tài)模型提供了三個基本功能，可以啟動使用區(qū)塊鏈服務(wù):

　　? 自主的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，包括自主協(xié)調(diào)(如：協(xié)商一致和點對點信息);

　　? 任何物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備都可以創(chuàng)建運行加密特性的事務(wù)的事務(wù)分類賬簿;

　　? 一個分布式數(shù)據(jù)庫，其中任何物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都有最新版本的分類賬簿;

　　硬件的限制使得采用這個模型在當(dāng)前的時間內(nèi)很難實現(xiàn)。具有如下挑戰(zhàn);

　　1. 低處理：區(qū)塊鏈服務(wù)的計算需要較高的CPU、內(nèi)存和電源能力。在區(qū)塊鏈平臺上，主要的潛在硬件是挖掘POW;智能合約的執(zhí)行和加密原始執(zhí)行。

　　2. 小存儲：在分類帳中添加的事務(wù)量會增加，即使處理小的事務(wù)數(shù)據(jù)也會變得很麻煩。

　　3. 有限的連通性：一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以利用低帶寬的互聯(lián)網(wǎng)或無線電訪問，這在下載期間的性能問題并與分類賬同步時都會引入性能問題。

　　一些公司，如IOTA，提出了“區(qū)塊鏈”微型傳感器的新方法，包括以下內(nèi)容及解決方案：

　　? 簡化挖掘處理過程，減少硬件需求。

　　? 實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)交互相關(guān)的微事務(wù)。

　　? 保持輕量級的帳簿

　　基于云計算的物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)

　　在啟用云的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，事務(wù)和挖掘節(jié)點都位于云和預(yù)置環(huán)境。根據(jù)實現(xiàn)的不同，節(jié)點可能是企業(yè)服務(wù)器;企業(yè)/個人電腦或智能設(shè)備。(手機或平板電腦);基于云的虛擬機和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，需要擁有足夠的硬件資源(CPU、RAM、存儲等)。

　　具有有限硬件資源的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備作為區(qū)塊鏈客戶端。他們不存儲分布式賬本。這些客戶機通過api與上游的基于云的區(qū)塊鏈事務(wù)節(jié)點交互。api可能是HTTP REST或JSON RPC。

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到事務(wù)節(jié)點以進行區(qū)塊鏈服務(wù)的處理，或者通過指向在云中運行的區(qū)塊鏈節(jié)點參與智能合約事務(wù)。在這種情況下，特聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍然配置了私有密匙來簽署它們的數(shù)據(jù)。然后將已簽名的數(shù)據(jù)發(fā)送到事務(wù)節(jié)點進行處理。為了安全地發(fā)送數(shù)據(jù)，特聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和事務(wù)節(jié)點之間必須有一個單獨的信任協(xié)議。例如，一對一的關(guān)系可以在兩個設(shè)備(一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和一個事務(wù)節(jié)點)之間使用白名單和雙向身份驗證功能。還應(yīng)該使用硬件安全性來安全地存儲私有簽名密鑰。

　　對于許可區(qū)域(私有區(qū)塊鏈服務(wù))，對挖掘節(jié)點的訪問可能僅限于授權(quán)的操作人員。在一個聯(lián)合區(qū)域(部分許可的區(qū)塊鏈服務(wù))或許可區(qū)域(私人區(qū)塊鏈服務(wù))，成員可以決定實現(xiàn)該體系結(jié)構(gòu)模式以提高安全性或用于法規(guī)遵從性目的。

　　比特幣的實現(xiàn)使用“瘦客戶端”來提出這種功能，也叫簡化支付驗證(SPV)，它不存儲所有分類賬的完整副本。這些“瘦客戶機”與使用比特幣客戶端API (BCCAPI)的節(jié)點通信。

　　可以在多個特聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間交換消息。這些消息包含的數(shù)據(jù)被集成到參與交換到事務(wù)節(jié)點的特聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的事務(wù)中。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信協(xié)議和消息格式超出了區(qū)塊鏈實現(xiàn)的范圍:這些通信是指機器對機器的通信，如消息隊列遙測傳輸(MQTT)。

　　一個利用互操作性能力的豐富的生態(tài)系統(tǒng)利用互操作能力

　　圍繞區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)一個生態(tài)系統(tǒng)將是一個加速其采用的機會。這個潛在的生態(tài)系統(tǒng)將提供簡化物聯(lián)網(wǎng)集成到區(qū)塊鏈服務(wù)的功能。

　　服務(wù)提供商，如塊密碼，提供API功能，簡化物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈服務(wù)客戶和服務(wù)之間的交互。API中間層允許開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)上與不同區(qū)塊鏈服務(wù)通信的特性，方法是關(guān)注服務(wù)的價值而不是區(qū)塊鏈技術(shù)的技術(shù)實現(xiàn)。

　　解決方案提供商，例如信用，提供了快速構(gòu)建私有區(qū)塊鏈服務(wù)的框架。這些框架在事務(wù)節(jié)點上運行每個節(jié)點都由客戶端通過API訪問。這些框架還提供了與其他塊鏈服務(wù)交互的功能。

　　多個區(qū)塊鏈服務(wù)之間的共存

　　如下圖所示，另一個概念集中于多個區(qū)塊鏈服務(wù)，每個服務(wù)提供不同的特性和貨幣，它們的數(shù)量將增長。這些區(qū)塊鏈服務(wù)將提出互補的功能。每個區(qū)塊鏈服務(wù)都可以與其他服務(wù)進行綁定，或者使用第三方提供的api。

　　Each blockchain service can run in different contexts, such as personal home network, enterprise and the Internet.

　　每次區(qū)塊鏈服務(wù)可以運行在不同的語境中，如個人的家庭網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)。

　　基于區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模式

　　CSA 物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈/分布式分類技術(shù)工作組提出了以下系統(tǒng)，在多區(qū)塊鏈服務(wù)中，物聯(lián)網(wǎng)客戶端可以進行協(xié)作。

　　區(qū)塊鏈服務(wù)1是一個專注的企業(yè)實施:

　　事務(wù)節(jié)點是托管在云中的企業(yè)計算機或服務(wù)器。

　　物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈客戶是部署在企業(yè)地區(qū)區(qū)塊鏈服務(wù)2的傳感器和智能設(shè)備，是一個消費智能家居:

　　事務(wù)節(jié)點是個人計算機和其他設(shè)備或云訂閱。

　　物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈客戶是智能設(shè)備，如冰箱、溫度傳感器和安全攝像頭。

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是區(qū)塊鏈服務(wù)的客戶端的架構(gòu)，主要是由當(dāng)前業(yè)界的努力所采用的實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)。

　　用于物聯(lián)網(wǎng)安全的區(qū)塊鏈技術(shù)的選擇

　　區(qū)塊鏈技術(shù)可以幫助保護物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以配置為利用公共區(qū)塊鏈服務(wù)或通過安全API與云中的私有區(qū)塊鏈節(jié)點通信。將區(qū)塊鏈技術(shù)納入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全框架中，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠安全地發(fā)現(xiàn)彼此，使用分布式密鑰管理技術(shù)對機器對機器的事務(wù)進行加密，并驗證軟件映像更新的完整性和真實性，以及策略更新。

　　基于本報告中詳細描述的潛在架構(gòu)模式，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將通過API與區(qū)塊鏈事務(wù)節(jié)點進行通信，甚至允許受限設(shè)備參與區(qū)塊鏈服務(wù)。

　　為了確保安全性，在將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備引導(dǎo)到特定的區(qū)塊鏈服務(wù)時應(yīng)該注意。下面是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)的一個用例，它支持將一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備注冊到一個事務(wù)節(jié)點中。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須首先配置憑據(jù)，可以用來證明授權(quán)，以便將其添加到事務(wù)節(jié)點。必須在安全的環(huán)境中進行這種憑據(jù)供應(yīng)，以防范特定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的威脅。

　　我們對區(qū)塊鏈技術(shù)的回顧和市場計劃的發(fā)展， 突出了五個需要考慮的特點。使用區(qū)塊鏈技術(shù)保護物聯(lián)網(wǎng)時:

　　1、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)可伸縮

　　2、信任的溝通

　　3、消息身份驗證/簽名(事件鏈)

　　4、物聯(lián)網(wǎng)配置和更新

　　5、安全固件映像的發(fā)布和更新。

　　1. 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)可伸縮

　　智能城市和大型企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的部署將導(dǎo)致數(shù)千或數(shù)萬個必須協(xié)同工作的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備[28]的激活。通常，這些設(shè)備將在自主機器對機器的事務(wù)中相互協(xié)調(diào)。這些設(shè)備還必須能夠發(fā)現(xiàn)合法的對等點和服務(wù)進行交互。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以利用公共和私有的區(qū)塊鏈實現(xiàn)來利用可擴展的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)。

　　例如，在比特幣內(nèi)部，一組硬編碼的DNS種子為新用戶和設(shè)備提供了引導(dǎo)服務(wù)。這些DNS種子可以在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中預(yù)先配置。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備查詢這些地址，并提供完整節(jié)點的IP地址。然后物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將自己注冊到一個節(jié)點，并請求網(wǎng)絡(luò)上的其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備列表。當(dāng)供應(yīng)時，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以開始點對點通信，同時向網(wǎng)絡(luò)中鄰居傳播同伴發(fā)現(xiàn)信息。

　　命名DNS種子地址的預(yù)配置(硬編碼)降低了執(zhí)行中間人攻擊的能力。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在選擇一個節(jié)點注冊之前，從多個DNS種子接收信息。必須使用DNS 安全來確保根服務(wù)器的名稱解析，并減輕DNS欺騙攻擊。

　　命名DNS種子地址應(yīng)該硬編碼到固件中;案例5提供了一種保護固件映像分布和更新的方法。

　　一個私有的區(qū)塊鏈服務(wù)也可以支持引導(dǎo)和注冊物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)上。事務(wù)節(jié)點將在提供可信節(jié)點列表之前對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行身份驗證，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的注冊。

　　可以包括以下內(nèi)容的憑證:

　　在安裝過程中安裝的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上安裝的安全憑據(jù)必須被生成，并提供一個安全的過程，這可能是區(qū)塊鏈實現(xiàn)的一部分。

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的所有者或安裝技術(shù)人員提供的憑據(jù)將初始化設(shè)備注冊到安全服務(wù)器，以獲得物聯(lián)網(wǎng)的特定憑證。

　　2. 信任的溝通

　　在某些情況下，例如公共部署，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要使用安全通信通道來交換構(gòu)建事務(wù)所需的數(shù)據(jù)，以便存儲到分類帳簿中。這個分類賬也可以用來存儲公共加密密鑰。

　　如果交換必須保密，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(發(fā)送方)將加密消息發(fā)送到對等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(接收方)使用接收器物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的公鑰，該設(shè)備存儲在區(qū)塊鏈服務(wù)中。

　　為了方便這個安全的事務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送者請求它的事務(wù)節(jié)點從物聯(lián)網(wǎng)接收器的公鑰到區(qū)塊鏈分類。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送者使用物聯(lián)網(wǎng)接收器的公鑰對消息進行加密。

　　只有接收者可以用他們的私鑰解密消息。關(guān)鍵的協(xié)議算法，如基于橢圓曲線密碼學(xué)算法(ECDH)，應(yīng)該用來創(chuàng)建密鑰來保護諸如內(nèi)容加密密鑰(CEK)和/或通信加密密鑰(TEKs)之類的事務(wù)。

　　在這個用例中，區(qū)塊鏈服務(wù)充當(dāng)分布式公共密鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)[29]。公共密鑰存儲在事務(wù)中:當(dāng)一個新的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備注冊到一個私有或公共的區(qū)塊鏈服務(wù)(見上一節(jié))時，將創(chuàng)建一個新的事務(wù)。該事務(wù)由物聯(lián)網(wǎng)屬性(包括其公鑰)組成。如果物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須更新其證書，則重新注冊。被撤銷的證書也可以作為事務(wù)添加到區(qū)塊鏈服務(wù)中。在分類帳中記錄的有擔(dān)保的交易記錄提供了在他們的一生中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備鍵的一致性。

　　在區(qū)塊鏈中實現(xiàn)了使用多種類型的加密密鑰。用于確保區(qū)塊鏈交易的密鑰通常被稱為錢包參數(shù)。在這個用例中討論的參數(shù)代表了身份密鑰，可以用來生成加密密鑰(TEKs)或內(nèi)容加密密鑰(CEKs)進行通信，來保護特聯(lián)網(wǎng)設(shè)備點對點之間的通信。

　　物聯(lián)網(wǎng)身份密鑰(參數(shù))： 非對稱密鑰對用于生成密鑰材料，用于加密物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的消息內(nèi)容和流量。

　　錢包鑰匙(參數(shù))： 用于存儲在分類帳簿中的交易;可能包括物聯(lián)網(wǎng)身份密鑰。

　　3. 半自治機器對機器的操作

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個關(guān)鍵驅(qū)動力是機器能夠以半自治的方式協(xié)同工作以實現(xiàn)特定目標的能力。區(qū)塊鏈可以使用智能合約功能作為這些自治事務(wù)的安全助推器。

　　智能合約可以寫下來，包括合同的規(guī)則、處罰和條件。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備可以配置一個API來與智能合約進行交互，從而與對等設(shè)備或服務(wù)簽訂協(xié)議。每個事務(wù)必須在執(zhí)行之前滿足協(xié)定的條件，并且所有的事務(wù)都被寫入到區(qū)塊鏈。

　　智能合約可以強制執(zhí)行訪問限制，比如誰(物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備)可以進入事務(wù)。每個事務(wù)都與物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的錢包參數(shù)簽名，錢包應(yīng)該存儲在硬件安全容器中。在區(qū)塊鏈上的事務(wù)記錄確保了事務(wù)不能被拒絕(例如，當(dāng)一個服務(wù)提供者的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與一個消費者的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行交易時)。

　　4. 物聯(lián)網(wǎng)配置和更新控制

　　隨著更多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的誕生，區(qū)塊鏈技術(shù)在可信的安全配置領(lǐng)域是有希望連接到云服務(wù)。以下是三種安全措施:

　　1. 分類賬簿可以托管物聯(lián)網(wǎng)屬性，例如最后一個版本的驗證的固件和配置細節(jié)。在引導(dǎo)過程中，特聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要求事務(wù)節(jié)點從分類帳簿中獲取配置。通過對公共分類賬簿的內(nèi)容進行分析，可以在分類賬簿中對配置進行加密，以避免物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲的發(fā)現(xiàn)。

　　2. 分類賬簿可以為每個特聯(lián)網(wǎng)設(shè)備托管最新配置文件的哈希值。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備從云服務(wù)下載最新的可信配置文件(或設(shè)置時間)，然后利用事務(wù)節(jié)點API來檢索和匹配存儲在區(qū)塊鏈上的哈希值。這允許管理員定期刷錯誤的配置，并在其網(wǎng)絡(luò)中重新啟動物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并加載新的配置。

　　3. 上述第2條所討論的過程可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的固件映像，盡管這可能，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上需要額外的帶寬容量。

　　5. 安全固件映像的發(fā)布和更新

　　類似于支持從云服務(wù)提供商下載可信配置，區(qū)塊鏈技術(shù)也可以支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可信存檔(固件)的過程。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)人員也可以實現(xiàn)他們自己的區(qū)塊鏈或使用公共區(qū)塊鏈。開發(fā)人員可以將最新已知的可信映像的哈希用于其設(shè)備家族，并將這些哈希加載到區(qū)塊鏈中。該方法通過三種方式支持增強物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全性:

　　1. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以通過API進行配置，在重復(fù)的基礎(chǔ)上下載新的固件映像。因為大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不需要內(nèi)存中保存或存儲數(shù)據(jù)，所以它們可以在需要時被覆蓋。例如，可以通過在供應(yīng)商的區(qū)塊鏈上驗證映像哈希來啟用每日或每周的映像更新過程。

　　2. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以使用基于塊的映像更新過程來驗證供應(yīng)商提供的所有更新。

　　3. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以使用上面的方法1或2來驗證所有更新，此外還需要設(shè)備所有者批準固件的更新(使用安全的方法)

　　物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)應(yīng)加強在總賬中固件的數(shù)字答名，提高當(dāng)前標準軟件簽名的方法, 而不是在應(yīng)用更新之前將其發(fā)布在其網(wǎng)站上，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備從分類賬簿中獲得新固件的數(shù)字簽名，然后使用維護公鑰驗證它。此維護公鑰可以在fabric和硬件級別進行融合(無更改/更新功能)

　　警告: 必須確保制造商維護私鑰，以避免損害所有固件。獲取私鑰的攻擊者可以使用看似“有效”的數(shù)字簽名來提供可用的惡意固件。

　　基于固件信譽的更新(事物鏈)：

　　分類帳簿的事務(wù)歷史交易能力可以聚合新固件的符號，避免被安裝惡意軟件和反門固件，為社區(qū)專家提高固件安全固件的信任力.

　　當(dāng)固件信譽在分類帳簿中達到特定的選票級別的分類賬簿，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的所有者/管理員還應(yīng)該配置物聯(lián)網(wǎng)的自動更新。這種在區(qū)塊鏈服務(wù)中對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的“接受”可能基于設(shè)備在分類帳簿中的固件信譽，這將產(chǎn)生以下好處：

　　1. 避免使用與區(qū)塊鏈服務(wù)相連接脆弱的設(shè)備。

　　2. 在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上執(zhí)行安全更新流程。

　　3. 在區(qū)塊鏈服務(wù)中定義最低要求的安全要求。

　　物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)塊鏈安全服務(wù)總結(jié)

　　結(jié)論

　　實施物聯(lián)網(wǎng)解決方案的組織，繼續(xù)面臨著識別安全技術(shù)和方法的挑戰(zhàn)，確定能夠減輕對物聯(lián)網(wǎng)(IoTs)的獨特威脅。區(qū)塊鏈技術(shù)有望在應(yīng)對這些挑戰(zhàn)中發(fā)揮重要作用。利基(Niche)安全廠商將開始提供這些服務(wù)，可以立即利用區(qū)塊鏈實現(xiàn)提供的完整性和真實性服務(wù)。

　　在本文中，我們強調(diào)了在使用區(qū)塊鏈技術(shù)保護連接設(shè)備時需要考慮的特性。然而，由于物聯(lián)網(wǎng)的硬件限制，我們得出結(jié)論：在幾十萬或更多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的背景下，這些設(shè)備中有許多不能作為事務(wù)節(jié)點(生成事務(wù)、提供協(xié)商一致性等)，因此不屬于安全區(qū)塊鏈。許多設(shè)備將受益于安全性。許多設(shè)備將受益于區(qū)塊鏈服務(wù)提供的安全性和其他功能，這些服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)的上游事務(wù)節(jié)點或?qū)ｉT的中間商提供。這些上游功能可用于保護物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(配置和更新控制、安全固件更新)和通信(物聯(lián)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)、可信通信、消息認證/簽名)。

　　我們希望這個文件能夠鼓勵商業(yè)領(lǐng)袖和開發(fā)人員擁抱區(qū)塊鏈這個機會，來擴展這項技術(shù)的能力以確保物聯(lián)網(wǎng)的安全。

　　術(shù)語及參考

　　【1】區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算方式

　　【2】區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應(yīng)用模式。所謂共識機制是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實現(xiàn)不同節(jié)點之間建立信任、獲取權(quán)益的數(shù)學(xué)算法

　　【3】每個區(qū)塊都包含一個時間戳和一個與前一區(qū)塊的鏈接, 在一個區(qū)塊中的數(shù)據(jù)將不可逆。

　　【4】區(qū)塊鏈的特性自治性，采用基于協(xié)商一致的規(guī)范和協(xié)議(比如一套公開透明的算法)使得整個系統(tǒng)中的所有節(jié)點能夠在去信任的環(huán)境自由安全的交換數(shù)據(jù)，使得對“人”的信任改成了對機器的信任，任何人為的干預(yù)不起作用。

　　【5】權(quán)益證明(POS)也稱工作證明，就是你的收益取決于你對區(qū)塊鏈作出的貢獻，通常是指挖礦貢獻的有效工作。換言之，你的算力越高，分給你的礦就會越多，這就是根據(jù)你的工作證明來執(zhí)行數(shù)字貨幣的分配。因此，算力越高、挖礦時間越長，你所獲得的數(shù)字貨幣就越多。不少主流數(shù)字貨幣都采用POW模式，比如比特幣、萊特幣等等。

　　【6】POS也稱股權(quán)證明，類似于財產(chǎn)儲存在銀行，這種模式會根據(jù)你持有數(shù)字貨幣的量和時間，分配給你相應(yīng)的利息。其中，POS中還分好幾種，例如傳統(tǒng)POS和POS2.0。傳統(tǒng)POS模式下，需要明白幣齡這一概念，每個幣每天產(chǎn)生1幣齡，假設(shè)你持有100個幣，總共持有了30天，那么，此時你的幣齡就為3000。

　　【7】分布式數(shù)據(jù)庫：通常使用較小的計算機系統(tǒng)，每臺計算機可單獨放在一個地方運行，每臺計算機中都可能有數(shù)據(jù)庫的一份完整拷貝副本或者部分拷貝副本。

　　【8】智能合約(英語：Smart contract )是一種旨在以信息化方式傳播、驗證或執(zhí)行合同的計算機協(xié)議。智能合約概念于1994年由Nick Szabo首次提出，智能合約允許在沒有第三方的情況下進行可信交易，這些交易可追蹤且不可逆轉(zhuǎn)。

　　【9】 物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。其英文名稱是：“Internet of things(IoT)”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)