Как улучшение конфиденциальности с помощью блокчейна может укрепить доверие в экосистемах IoT

Когда мы говорим об экосистемах Интернета вещей (IoT), мы имеем в виду обширную сеть различных гаджетов и устройств, которые общаются друг с другом. Представьте, что ваш умный холодильник отправляет сообщение на ваш смартфон, предупреждая, что молоко закончилось, или ваш умный термостат регулирует температуру в комнате в соответствии с вашими предпочтениями. Звучит футуристично, правда?

Но вот в чем загвоздка: эти устройства, какими бы продвинутыми они ни казались, не такие мощные и ресурсоемкие, как компьютеры, которыми мы пользуемся ежедневно. Они подобны крошечным гонцам с ограниченным запасом энергии, которые всегда в движении.

Почему устройства IoT отличаются от обычных компьютеров

• Ограниченные ресурсы: В отличие от больших, мощных серверов или компьютеров, к которым мы привыкли, устройства IoT часто имеют лишь немного памяти и вычислительной мощности.
• Различные каналы связи: Вместо более безопасных каналов, которые используют наши компьютеры, устройства IoT часто общаются по менее безопасным беспроводным каналам, таким как ZigBee или LoRa. Представьте себе выбор хлипкого велосипедного замка вместо прочного.
• Уникальные языки и функции: Каждое устройство Интернета вещей (IoT) подобно уникальной личности. У них есть свои функции, и они общаются своими способами. Это похоже на ситуацию, когда множество людей из разных стран, говорящих на своих языках, пытаются завести разговор. Из-за этого сложно разработать универсальный протокол безопасности, подходящий для всех.

Почему это является проблемой?

Ну, из-за этих уникальных вызовов устройства IoT могут стать легкой мишенью для кибератак. Это немного похоже на город. Чем больше город, тем больше возможностей для возникновения проблем. И точно так же, как в большом городе с множеством разных людей, устройства IoT от разных компаний должны находить способы общения друг с другом. Иногда для этого требуется посредник, доверенная третья сторона, чтобы помочь им понять друг друга.

Кроме того, из-за ограниченных ресурсов эти устройства не так хорошо оснащены для защиты от сложных киберугроз. Это все равно что отправить человека с рогаткой противостоять современной армии.

Разбор уязвимостей

Уязвимости IoT можно разделить на две основные категории

• Уязвимости, специфичные для IoT: К ним относятся проблемы, такие как атаки на разрядку батареи, трудности со стандартизацией или вопросы доверия. Представьте их как проблемы, с которыми сталкиваются только эти устройства.
• Общие уязвимости: Это проблемы, унаследованные от более широкого мира Интернета. Типичные проблемы, с которыми сталкиваются большинство онлайн-устройств.

Понимание угроз безопасности в IoT

Погружаясь в мир кибербезопасности, особенно в сфере Интернета вещей (IoT), часто можно услышать о триаде CIA. Это не относится к секретному агентству, а расшифровывается как Конфиденциальность, Целостность и Доступность. Это три принципа, лежащие в основе большей части кибербезопасности.

Первый принцип, Конфиденциальность, заключается в обеспечении того, чтобы ваши личные данные оставались именно такими: личными. Представьте себе дневник, который вы храните под кроватью. Только вы (и, возможно, несколько доверенных лиц) должны иметь к нему ключ. В цифровом мире это переводится на личные данные, фотографии или даже чат, который вы ведете с другом через умное устройство.

Целостность, с другой стороны, гарантирует, что то, что вы написали в этом дневнике, остается таким, каким вы его оставили. Это означает, что ваши данные, будь то сообщение, видео или документ, не изменяются кем-то другим без вашего ведома.

Наконец, есть Доступность. Этот принцип подобен тому, чтобы ваш дневник всегда был доступен, когда вы хотите записать свои мысли. В цифровом мире это может означать доступ к веб-сайту по мере необходимости или получение настроек вашего умного дома из облака.

Имея в виду эти принципы, давайте глубже погрузимся в угрозы, с которыми сталкивается IoT. Что касается IoT, наши повседневные устройства, такие как холодильники, термостаты и даже автомобили, взаимосвязаны. И хотя эта взаимосвязь приносит удобство, она также открывает путь для уникальных уязвимостей.

Распространенной угрозой является атака типа «Отказ в обслуживании» (DoS). Представьте себе: вы на концерте и пытаетесь пройти через дверь, но группа хулиганов постоянно блокирует путь, не пропуская никого. Именно это DoS-атака делает с сетями. Она перегружает их фальшивыми запросами, так что настоящие пользователи, такие как вы и я, не могут войти. Более опасной версией является распределенная DoS-атака (DDoS), когда это не одна группа, блокирующая дверь, а несколько групп, блокирующих несколько дверей одновременно.

Еще одной хитрой угрозой является атака «Человек посередине» (MiTM). Это похоже на то, как кто-то тайно подслушивает ваш телефонный разговор, а иногда даже притворяется человеком, с которым вы разговариваете. В цифровом пространстве эти злоумышленники тайно ретранслируют и могут даже изменять коммуникацию между двумя сторонами.

Затем у нас есть вредоносное ПО, цифровой эквивалент простудного вируса, но часто с более вредными намерениями. Это программное обеспечение, созданное для проникновения и иногда повреждения наших устройств. По мере того как наш мир наполняется все большим количеством умных устройств, риск заражения вредоносным ПО растет.

Но вот хорошая новость: хотя этих угроз звучит много, эксперты по всему миру неустанно работают над их преодолением. Они используют передовые методы, такие как искусственный интеллект, для обнаружения и противодействия этим атакам. Они также совершенствуют способы связи наших устройств, гарантируя, что они могут по-настоящему распознавать и доверять друг другу. Таким образом, хотя цифровая эпоха имеет свои вызовы, мы не navegуем их вслепую.

Конфиденциальность 

Помимо вышеупомянутых угроз безопасности, устройства IoT и обрабатываемые ими данные сталкиваются с рисками, связанными с конфиденциальностью, включая перехват данных, раскрытие анонимных данных (деанонимизацию) и выводы на основе этих данных (атаки вывода). Эти атаки в первую очередь нацелены на конфиденциальность данных, независимо от того, хранятся они или передаются. В этом разделе подробно рассматриваются эти угрозы конфиденциальности.

MiTM в контексте конфиденциальности

Предполагается, что атаки MiTM можно разделить на две категории: Активные атаки MiTM (AMA) и Пассивные атаки MiTM (PMA). Пассивные атаки MiTM включают скрытый мониторинг обмена данными между устройствами. Эти атаки могут не изменять данные, но они могут нарушить конфиденциальность. Представьте себе человека, способного тайно следить за устройством; он может делать это в течение длительного времени перед запуском атаки. Учитывая распространенность камер в устройствах IoT, от игрушек до смартфонов и носимых устройств, потенциальные последствия пассивных атак, таких как прослушивание или перехват данных, значительны. Напротив, активные атаки MiTM играют более прямую роль, используя полученные данные для обмана пользователя или получения доступа к профилям пользователей без разрешения.

Конфиденциальность данных и ее проблемы

По аналогии с рамкой MiTM, угрозы конфиденциальности данных также можно разделить на Активные атаки конфиденциальности данных (ADPA) и Пассивные атаки конфиденциальности данных (PDPA). Вопросы конфиденциальности данных касаются таких проблем, как утечка данных, несанкционированное изменение данных (вмешательство в данные), кража личности и процесс раскрытия кажущихся анонимными данных (реидентификация). В частности, атаки реидентификации, которые иногда называют атаками вывода, вращаются вокруг методов, таких как деанонимизация, определение местоположения и накопление данных из различных источников. Основная цель таких атак — собрать данные из различных мест, чтобы раскрыть личность человека. Эти объединенные данные могут затем использоваться для маскировки под целевую личность. Атаки, которые напрямую изменяют данные, такие как вмешательство в данные, относятся к категории ADPA, тогда как те, которые связаны с реидентификацией или утечкой данных, считаются PDPA.

Блокчейн как потенциальное решение

Блокчейн, часто сокращаемый до BC, — это устойчивая сеть, характеризующаяся прозрачностью, отказоустойчивостью и возможностью проверки и аудита. Часто описываемый такими терминами, как децентрализованный, одноранговый (P2P), прозрачный, без доверия и неизменный, блокчейн выделяется как надежная альтернатива по сравнению с традиционными централизованными моделями клиент-сервер. Заметной особенностью в блокчейне является «умный контракт», самоисполняющийся контракт, в котором условия соглашения или условия записаны в код. Внутренний дизайн блокчейна обеспечивает целостность и подлинность данных, представляя сильную защиту от вмешательства в данные в устройствах IoT.

Усилия по укреплению безопасности

Были предложены различные стратегии на основе блокчейна для различных секторов, таких как цепочки поставок, управление идентификацией и доступом, и, в частности, IoT. Однако некоторые существующие модели не учитывают временные ограничения и не оптимизированы для устройств IoT с ограниченными ресурсами. Напротив, некоторые исследования в первую очередь сосредоточились на улучшении времени отклика устройств IoT, пренебрегая соображениями безопасности и конфиденциальности. Исследование Маchado и коллег представило архитектуру блокчейна, разделенную на три сегмента: IoT, Fog и Cloud. Эта структура подчеркивала установление доверия между устройствами IoT с использованием протоколов на основе методов доказательства, что привело к целостности данных и мерам безопасности, таким как управление ключами. Однако эти исследования не решали напрямую вопросы конфиденциальности пользователей.

Другое исследование исследовало концепцию «DroneChain», которая сосредоточилась на целостности данных для дронов, защищая данные с помощью публичного блокчейна. Хотя этот метод обеспечил надежную и подотчетную систему, он использовал доказательство работы (PoW), которое может быть не идеальным для приложений IoT в реальном времени, особенно для дронов. Кроме того, модель не имела функций для обеспечения происхождения данных и общей безопасности для пользователей.

Блокчейн как щит для устройств IoT

По мере того как технологии продолжают развиваться, уязвимость систем к атакам, таким как атаки типа «Отказ в обслуживании» (DoS), увеличивается. С распространением доступных устройств IoT злоумышленники могут контролировать множество устройств для запуска мощных кибератак. Сетевая архитектура с программным определением (SDN), хотя и революционна, может быть скомпрометирована вредоносным ПО, что делает ее уязвимой для различных атак. Некоторые исследователи выступают за использование блокчейна для защиты устройств IoT от этих угроз, ссылаясь на его децентрализованный и не поддающийся изменению характер. Тем не менее, примечательно, что многие из этих решений остаются теоретическими, не имея практической реализации.

Дальнейшие исследования были направлены на устранение пробелов в безопасности в различных секторах с использованием блокчейна. Например, для противодействия потенциальному манипулированию в системе умной сети одно исследование предложило использование криптографической передачи данных в сочетании с блокчейном. Другое исследование поддержало систему подтверждения доставки с использованием блокчейна, упрощающую логистический процесс. Эта система оказалась устойчивой к распространенным атакам, таким как MiTM и DoS, но имела недостатки в управлении идентификацией пользователей и конфиденциальностью данных.

Распределенная облачная архитектура

Помимо решения знакомых проблем безопасности, таких как целостность данных, MiTM и DoS, несколько исследовательских усилий изучили многогранные решения. Например, исследовательская работа Шармы и команды представила экономичный, безопасный и всегда доступный метод блокчейна для распределенной облачной архитектуры, подчеркивая безопасность и снижение задержек передачи. Однако были области упущений, включая конфиденциальность данных и управление ключами.

Повторяющейся темой в этих исследованиях является широкое использование PoW в качестве механизма консенсуса, который может быть не самым эффективным для приложений IoT в реальном времени из-за его энергоемкости. Кроме того, значительное количество этих решений упускало из виду важные аспекты, такие как анонимность пользователей и полная целостность данных.

Проблемы внедрения блокчейна в IoT

Задержка и эффективность

Хотя технология блокчейна (BC) существует уже более десяти лет, ее истинные преимущества были раскрыты только недавно. Множество инициатив направлены на интеграцию BC в такие области, как логистика, продукты питания, умные сети, VANET, 5G, здравоохранение и толпа датчиков. Тем не менее, преобладающие решения не устраняют внутреннюю задержку BC и не подходят для устройств IoT с ограниченными ресурсами. Преобладающим механизмом консенсуса в BC является Доказательство работы (PoW). PoW, несмотря на широкое использование, сравнительно медленный (обрабатывает всего семь транзакций в секунду по сравнению со средним показателем Visa в две тысячи транзакций в секунду) и энергоемкий.

Вычисления, обработка данных и хранение

Запуск BC требует значительных вычислительных ресурсов, энергии и памяти, особенно когда он распределен по обширной одноранговой сети. Как отметили Сонг и др., к маю 2018 года размер реестра Bitcoin превысил 196 ГБ. Такие ограничения вызывают опасения по поводу масштабируемости и скорости транзакций для устройств IoT. Одним из возможных обходных путей может быть делегирование их вычислительных задач централизованным облакам или полураспределенным серверам fog, но это вносит дополнительные сетевые задержки.

Единообразие и стандартизация

Как и все зарождающиеся технологии, стандартизация BC является вызовом, который может потребовать законодательных изменений. Кибербезопасность остается серьезным вызовом, и было бы излишне оптимистично ожидать единого стандарта, который может смягчить все риски киберугроз против устройств IoT в ближайшем будущем. Однако стандарт безопасности может гарантировать, что устройства соответствуют определенным приемлемым стандартам безопасности и конфиденциальности. Любое устройство IoT должно включать ряд основных функций безопасности и конфиденциальности.

Вопросы безопасности

Хотя BC характеризуется как неизменный, без доверия, децентрализованный и устойчивый к вмешательству, безопасность настройки на основе блокчейна настолько же надежна, насколько и ее точка входа. В системах, построенных на публичном BC, любой может получить доступ к данным и изучить их. Хотя частные блокчейны могут быть решением этой проблемы, они создают новые вызовы, такие как зависимость от доверенного посредника, централизация и законодательные вопросы, связанные с контролем доступа. По сути, решения IoT, облегченные блокчейном, должны соответствовать критериям безопасности и конфиденциальности. Включая обеспечение того, чтобы хранение данных соответствовало потребностям конфиденциальности и целостности; обеспечение безопасной передачи данных; содействие прозрачному, безопасному и подотчетному обмену данными; поддержание подлинности и неоспоримости; гарантия платформы, позволяющей выборочное раскрытие данных; и всегда получение явного согласия на обмен от участвующих сторон.

Заключение

Блокчейн, технология с огромным потенциалом и обещаниями, был провозглашен трансформирующим инструментом для различных секторов, включая обширную и постоянно развивающуюся ландшафт Интернета вещей (IoT). Благодаря своей децентрализованной природе блокчейн может обеспечить повышенную безопасность, прозрачность и отслеживаемость — функции, высоко ценимые в реализациях IoT. Однако, как и в любом технологическом слиянии, сочетание блокчейна с IoT не обходится без проблем. От вопросов, связанных со скоростью, вычислениями и хранением, до насущной необходимости стандартизации и устранения уязвимостей, есть множество аспектов, требующих внимания. Важно, чтобы заинтересованные стороны как в экосистеме блокчейна, так и в IoT совместно и инновационно решали эти вызовы, чтобы в полной мере использовать синергетический потенциал этого союза.