Luận văn thạc sĩ về bảo mật truyền tin giữa các nút mạng IoT

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thử nghiệm truyền tin bảo mật giữa các nút mạng IoT, khám phá các phương pháp bảo mật và tối ưu hóa hiệu suất.

• Tác giả: Trần Văn Huấn
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Đăng Hải
• Trường học: Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
• Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
• Đề tài: Nghiên cứu, thử nghiệm truyền tin bảo mật giữa các nút mạng IoT
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về IoT
• 1.2. Giới thiệu chung
• 1.3. Một số đặc tính cơ bản của IoT
• 1.4. Mô hình kiến trúc IoT
• 1.5. Các công nghệ cơ bản của IoT
• 1.6. Một số ứng dụng IoT điển hình
• 1.7. Vấn đề bảo mật trong mạng IoT
• 1.8. So sánh giữa truyền thông thông thường và truyền thông bảo mật
• 1.9. Vấn đề truyền tin bảo mật, các thách thức và nhu cầu nghiên cứu
• 1.10. Kết chương
• 2. CHƯƠNG 2: TRUYỀN TIN BẢO MẬT TRONG MẠNG IOT
• 2.1. Các nguy cơ tấn công mạng IoT
• 2.2. Các hình thức tấn công
• 2.3. Vấn đề truyền tin bảo mật trong mạng IoT
• 2.4. Các yêu cầu của một hệ truyền thông tin an toàn và bảo mật
• 2.5. Các mô hình, phương pháp truyền tin hiện nay trong IoT
• 2.6. Mô tả bài toán truyền tin bảo mật giữa hai nút
• 2.7. Cơ sở lý thuyết bảo mật
• 2.8. Mã hóa bất đối xứng
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, THỬ NGHIỆM
• 3.1. Các công cụ mô phỏng trong IoT
• 3.2. Nghiên cứu về bộ công cụ mô phỏng Contiki/Cooja
• 3.3. Kiến trúc hệ thống của Contiki
• 3.4. Các tính năng của Contiki
• 3.5. Xây dựng mô hình truyền tin bảo mật giữa các nút mạng IoT
• 3.6. Xây dựng các kịch bản mô phỏng thử nghiệm
• 3.7. Thực hiện mô phỏng
• 3.8. Ứng dụng của truyền tin bảo mật IoT trong thực tiễn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về IoT

Internet of Things (IoT) là một khái niệm quan trọng trong thời đại công nghệ hiện nay. IoT cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau thông qua mạng Internet. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình làm việc mà còn tạo ra nhiều ứng dụng mới trong đời sống hàng ngày. Theo ITU-T, IoT bao gồm các yếu tố như nhận dạng đối tượng, cảm biến và mạng cảm biến không dây, và hệ thống nhúng. Những yếu tố này kết hợp với nhau để tạo ra một hệ sinh thái thông minh, nơi mà mọi vật đều có thể kết nối và tương tác. Tuy nhiên, sự gia tăng của các thiết bị IoT cũng đặt ra nhiều thách thức về bảo mật IoT. Các thiết bị không được bảo mật có thể trở thành mục tiêu cho các cuộc tấn công mạng, dẫn đến việc đánh cắp dữ liệu nhạy cảm. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp truyền tin an toàn trong mạng IoT là vô cùng cần thiết.

1.1. Các đặc tính cơ bản của IoT

IoT có một số đặc tính cơ bản như tính liên kết, tính không đồng nhất và quy mô lớn. Tính liên kết cho phép các thiết bị kết nối với nhau và với hạ tầng thông tin toàn cầu. Tính không đồng nhất thể hiện qua sự đa dạng của các thiết bị và công nghệ được sử dụng. Quy mô lớn cho thấy số lượng thiết bị IoT sẽ vượt xa số lượng máy tính hiện tại. Những đặc tính này không chỉ tạo ra cơ hội mà còn đặt ra thách thức lớn trong việc quản lý rủi ro và đảm bảo bảo mật thông tin. Việc phát triển các giải pháp bảo mật hiệu quả là cần thiết để bảo vệ dữ liệu và thông tin trong môi trường IoT.

II. Truyền tin bảo mật trong mạng IoT

Trong mạng IoT, việc truyền tin an toàn là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tính bảo mật của hệ thống. Các nguy cơ tấn công mạng IoT rất đa dạng, từ tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) đến việc khai thác lỗ hổng trong giao thức truyền thông. Để đối phó với những nguy cơ này, các yêu cầu về một hệ thống truyền thông an toàn cần được xác định rõ ràng. Các mô hình và phương pháp truyền tin hiện nay trong IoT bao gồm mã hóa đối xứng và mã hóa bất đối xứng. Mặc dù mã hóa bất đối xứng cung cấp mức độ bảo mật cao hơn, nhưng nó lại tiêu tốn nhiều tài nguyên và thời gian. Do đó, mã hóa đối xứng thường được ưa chuộng hơn trong các ứng dụng IoT, đặc biệt là khi kết hợp với các phương pháp như trao đổi khóa Diffie-Hellman để đảm bảo an toàn cho việc truyền tin.

2.1. Các nguy cơ tấn công mạng IoT

Các nguy cơ tấn công mạng IoT rất phong phú và đa dạng. Những tấn công này có thể gây ra thiệt hại lớn cho hệ thống và người dùng. Một số hình thức tấn công phổ biến bao gồm tấn công từ chối dịch vụ (DDoS), tấn công vào giao thức truyền thông, và khai thác lỗ hổng bảo mật trong các thiết bị IoT. Việc nhận diện và phân tích các nguy cơ này là rất quan trọng để phát triển các giải pháp bảo mật hiệu quả. Các tổ chức cần phải có kế hoạch quản lý rủi ro và triển khai các biện pháp bảo vệ để giảm thiểu thiệt hại từ các cuộc tấn công mạng.

III. Mô phỏng thử nghiệm

Mô phỏng và thử nghiệm là bước quan trọng trong việc phát triển và kiểm tra các giải pháp bảo mật IoT. Sử dụng các công cụ mô phỏng như Contiki/Cooja, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng các kịch bản thử nghiệm để đánh giá hiệu quả của các phương pháp truyền tin bảo mật. Việc mô phỏng cho phép kiểm tra các kịch bản khác nhau trong môi trường an toàn trước khi triển khai thực tế. Các kết quả từ mô phỏng có thể cung cấp thông tin quý giá về hiệu suất và độ tin cậy của các giải pháp bảo mật. Điều này không chỉ giúp cải thiện tính bảo mật mà còn nâng cao khả năng ứng dụng của các công nghệ IoT trong thực tiễn.

3.1. Các công cụ mô phỏng trong IoT

Các công cụ mô phỏng như Contiki/Cooja đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo mật cho mạng IoT. Những công cụ này cho phép các nhà nghiên cứu mô phỏng các kịch bản truyền tin giữa các nút mạng IoT, từ đó đánh giá hiệu quả của các phương pháp bảo mật. Việc sử dụng mô phỏng giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời cung cấp một môi trường an toàn để thử nghiệm các giải pháp mới. Các kết quả thu được từ mô phỏng có thể được sử dụng để cải thiện thiết kế và triển khai các hệ thống IoT trong thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Internet vạn vật (IoT) đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, với dự báo đến năm 2020 có khoảng 4 tỷ người kết nối, tạo ra doanh thu lên tới 4 ngàn tỷ USD và hơn 25 tỷ hệ thống nhúng thông minh. IoT được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nhà thông minh, thành phố thông minh, y tế, giáo dục và nông nghiệp. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị IoT, đặc biệt là các thiết bị có khả năng bảo mật hạn chế, đã làm gia tăng các nguy cơ tấn công mạng, gây mất an toàn dữ liệu và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.

Luận văn tập trung nghiên cứu và thử nghiệm truyền tin bảo mật giữa các nút mạng IoT, nhằm giải quyết thách thức bảo mật trong môi trường có tài nguyên hạn chế như bộ nhớ, năng lượng và khả năng xử lý. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình truyền tin bảo mật sử dụng mã hóa đối xứng, thử nghiệm trên hệ điều hành Contiki với công cụ mô phỏng Cooja, đánh giá hiệu quả bảo mật và khả năng ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh mạng IoT tại Việt Nam, với phạm vi thời gian từ năm 2018 đến 2019.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao tính an toàn, bảo mật cho các thiết bị IoT, góp phần giảm thiểu rủi ro tấn công mạng, bảo vệ dữ liệu người dùng và tăng cường độ tin cậy cho các ứng dụng IoT trong thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính về bảo mật truyền tin trong mạng IoT:

1. Mã hóa đối xứng (Symmetric Encryption): Sử dụng một khóa bí mật chung cho cả mã hóa và giải mã. Thuật toán mã hóa đối xứng như AES, DES được lựa chọn vì tính gọn nhẹ, tốc độ xử lý nhanh, phù hợp với các thiết bị IoT có tài nguyên hạn chế. Mã hóa đối xứng đảm bảo tính bảo mật, tính toàn vẹn và tính chứng thực của dữ liệu truyền.

2. Mã hóa bất đối xứng (Asymmetric Encryption): Sử dụng cặp khóa công khai và khóa riêng biệt, giúp giải quyết vấn đề phân phối khóa và xác thực nguồn gửi. Tuy nhiên, mã hóa bất đối xứng tiêu tốn năng lượng và thời gian xử lý lớn, không phù hợp cho các thiết bị IoT nhỏ gọn.

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng mô hình kiến trúc 3 lớp của IoT gồm lớp nhận thức (Perception layer), lớp mạng (Network layer) và lớp ứng dụng (Application layer) để xây dựng hệ thống truyền tin bảo mật. Các khái niệm chính bao gồm tính bảo mật, tính chứng thực, tính không từ chối, tính toàn vẹn và các phương pháp mã hóa dòng, mã hóa khối.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu mô phỏng từ hệ điều hành Contiki và công cụ mô phỏng Cooja, với các nút mạng IoT thực tế sử dụng bo mạch Tmote Sky MSP430, bộ xử lý 3.9 MHz, bộ nhớ 1MB, chip radio CC2420.

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng quá trình truyền tin bảo mật giữa các nút IoT sử dụng mã hóa đối xứng với khóa 8 bit và bản rõ 176 bit. Phân tích hiệu quả bảo mật, tốc độ truyền và khả năng tiêu thụ năng lượng. So sánh các phương pháp mã hóa đối xứng và bất đối xứng trong bối cảnh IoT.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2018-2019, bao gồm khảo sát lý thuyết, xây dựng mô hình, thiết kế kịch bản mô phỏng, thực hiện mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mã hóa đối xứng trong IoT: Mã hóa đối xứng cho phép mã hóa và giải mã nhanh chóng với mức tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp với các thiết bị IoT có tài nguyên hạn chế. Kích thước khóa 8 bit và bản rõ 176 bit được sử dụng trong mô phỏng cho thấy khả năng bảo mật cơ bản được đảm bảo.

2. Khả năng thiết lập kênh truyền thông an toàn: Qua mô phỏng trên Cooja, quá trình thiết lập kênh truyền thông giữa các nút IoT sử dụng giao thức RPL và IPv6 diễn ra ổn định, đảm bảo truyền dữ liệu bảo mật với tỷ lệ thành công trên 95%.

3. So sánh mã hóa đối xứng và bất đối xứng: Mã hóa bất đối xứng tuy có ưu điểm về phân phối khóa và xác thực, nhưng tiêu tốn năng lượng gấp hàng chục lần so với mã hóa đối xứng, không phù hợp cho các thiết bị IoT nhỏ gọn. Mã hóa đối xứng kết hợp với trao đổi khóa Diffie-Hellman đáp ứng đủ yêu cầu bảo mật cho nhiều ứng dụng nhúng.

4. Ứng dụng thực tiễn: Mô hình truyền tin bảo mật được thử nghiệm thành công giữa hai nút mạng IoT, có thể mở rộng cho các mạng lớn hơn. Việc sử dụng Contiki và Cooja giúp đánh giá chính xác hành vi mạng và hiệu quả bảo mật trong môi trường giả lập.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả mã hóa đối xứng là do tính toán đơn giản, sử dụng một khóa duy nhất, giảm thiểu độ trễ và tiêu thụ năng lượng. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trong ngành cho thấy mã hóa đối xứng là lựa chọn ưu việt cho các thiết bị IoT có giới hạn tài nguyên. Biểu đồ so sánh mức tiêu thụ năng lượng và thời gian xử lý giữa mã hóa đối xứng và bất đối xứng minh họa rõ sự khác biệt lớn về hiệu suất.

Tuy nhiên, việc phân phối khóa an toàn vẫn là thách thức, cần có các giải pháp trao đổi khóa hiệu quả như Diffie-Hellman hoặc sử dụng trung tâm phân phối khóa. So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã áp dụng thành công mô hình truyền tin bảo mật trong môi trường mô phỏng thực tế, góp phần làm rõ tính khả thi của giải pháp.

Ý nghĩa của kết quả là tạo nền tảng cho việc phát triển các hệ thống IoT bảo mật, giảm thiểu rủi ro tấn công mạng, bảo vệ dữ liệu người dùng và nâng cao độ tin cậy cho các ứng dụng IoT trong thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mã hóa đối xứng cho các thiết bị IoT: Khuyến nghị các nhà phát triển và doanh nghiệp ứng dụng IoT ưu tiên sử dụng mã hóa đối xứng để đảm bảo bảo mật truyền tin, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ pin thiết bị. Thời gian áp dụng: trong vòng 1 năm.

2. Xây dựng hệ thống phân phối khóa an toàn: Đề xuất phát triển các giải pháp trao đổi khóa bảo mật như Diffie-Hellman hoặc trung tâm phân phối khóa an toàn để đảm bảo khóa mã hóa được phân phối chính xác và bảo mật. Chủ thể thực hiện: các nhà cung cấp dịch vụ IoT và nhà sản xuất thiết bị.

3. Sử dụng công cụ mô phỏng Contiki/Cooja trong phát triển IoT: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và kỹ sư sử dụng Contiki và Cooja để mô phỏng, thử nghiệm các giải pháp bảo mật trước khi triển khai thực tế, giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí phát triển.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức bảo mật IoT: Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo về bảo mật IoT cho các kỹ sư, nhà phát triển và người dùng cuối nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng bảo vệ hệ thống IoT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành hệ thống thông tin, kỹ thuật mạng: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về bảo mật truyền tin trong IoT, phương pháp mô phỏng và phân tích hiệu quả bảo mật, hỗ trợ nghiên cứu và học tập.

2. Kỹ sư phát triển và thiết kế thiết bị IoT: Tham khảo để áp dụng các giải pháp mã hóa đối xứng phù hợp với giới hạn tài nguyên của thiết bị, nâng cao tính bảo mật sản phẩm.

3. Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ IoT và nhà sản xuất thiết bị: Hướng dẫn xây dựng hệ thống truyền tin bảo mật, lựa chọn công nghệ mã hóa và công cụ mô phỏng để phát triển sản phẩm an toàn, tin cậy.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghệ thông tin: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn, quy định về bảo mật trong mạng IoT, góp phần bảo vệ hạ tầng quốc gia và người dùng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao mã hóa đối xứng được ưu tiên trong mạng IoT?
   Mã hóa đối xứng có ưu điểm là tính toán nhanh, tiêu thụ năng lượng thấp và phù hợp với các thiết bị IoT có tài nguyên hạn chế. Ví dụ, trong mô phỏng sử dụng khóa 8 bit, mã hóa đối xứng đảm bảo bảo mật mà không làm giảm hiệu suất thiết bị.

2. Mã hóa bất đối xứng có thể áp dụng cho IoT không?
   Mã hóa bất đối xứng tiêu tốn năng lượng và thời gian xử lý lớn, không phù hợp cho các thiết bị IoT nhỏ gọn. Tuy nhiên, nó được sử dụng kết hợp để giải quyết vấn đề phân phối khóa và xác thực trong các hệ thống phức tạp hơn.

3. Công cụ mô phỏng Contiki/Cooja có ưu điểm gì?
   Contiki/Cooja là hệ điều hành và công cụ mô phỏng mã nguồn mở, hỗ trợ mô phỏng chính xác hành vi mạng IoT với các thiết bị có tài nguyên hạn chế, giúp đánh giá hiệu quả bảo mật và truyền thông trong môi trường giả lập.

4. Làm thế nào để phân phối khóa an toàn trong mạng IoT?
   Phân phối khóa có thể thực hiện qua các phương pháp như trung tâm phân phối khóa, trao đổi khóa Diffie-Hellman hoặc sử dụng các kênh truyền an toàn như OTP, SMS. Đây là bước quan trọng để đảm bảo an toàn cho quá trình mã hóa đối xứng.

5. Các nguy cơ bảo mật chính trong mạng IoT là gì?
   Nguy cơ bao gồm tấn công làm giả thiết bị, tiết lộ thông tin, vi phạm quyền riêng tư, tấn công từ chối dịch vụ, giả mạo và tiêm tín hiệu. Việc áp dụng mã hóa bảo mật giúp giảm thiểu các rủi ro này.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng và thử nghiệm thành công mô hình truyền tin bảo mật giữa các nút mạng IoT sử dụng mã hóa đối xứng, phù hợp với giới hạn tài nguyên của thiết bị.
• Mã hóa đối xứng kết hợp với trao đổi khóa an toàn đáp ứng được các yêu cầu bảo mật cơ bản như tính bảo mật, chứng thực, toàn vẹn và không từ chối.
• Công cụ mô phỏng Contiki/Cooja là lựa chọn hiệu quả để đánh giá các giải pháp bảo mật trong môi trường IoT.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn cho các ứng dụng IoT trong thực tế, giảm thiểu rủi ro tấn công mạng.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế, phát triển hệ thống phân phối khóa an toàn và đào tạo nâng cao nhận thức bảo mật IoT.

Các nhà nghiên cứu, kỹ sư và doanh nghiệp trong lĩnh vực IoT nên áp dụng và phát triển các giải pháp bảo mật dựa trên mã hóa đối xứng, đồng thời sử dụng công cụ mô phỏng để tối ưu hóa hiệu quả và an toàn hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương IoT là tương lai của mạng Internet, các thiết bị IoT đang được ứng dụng ngày càng nhiều và mở rộng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Với mục tiêu hướng đến kết nối các thiết bị chưa kết nối và kết nối vào mạng internet. Việc các thiết bị IoT thiết kế nhỏ gọn, năng lực xử lý hạn chế và kết nối vào internet, khả năng bảo mật hạn chế đã và đang tạo nên thách thức không nhỏ về mặt bảo mật, an toàn thông tin không chỉ cho các thiết bị IoT mà cho cả các hệ thống khác và internet. Trong nội dung của luận văn này xin đề cập đến phương pháp mã hóa đối xứng hay mã hóa khóa bí mật nhằm “nghiên cứu, thử nghiệm truyền tin bảo mật giữa các nút mạng IoT” và sử dụng hệ điều hành Contiki và công cụ mô phỏng Cooja để mô phỏng quá trình truyền tin bảo mật giữa hai nút IoT.

Luan van 15 CHƯƠNG 2: TRUYỀN TIN BẢO MẬT TRONG MẠNG IOT. Các nguy cơ tấn công mạng IoT 2. Các nguy cơ Các nguy cơ mạng IoT thường được hình thành từ các mối đe dọa và các lỗ hổng hệ thống, phần mềm. Các nguy cơ đối với mạng IoT được đánh giá dựa trên 3 tiêu chí đó là tính riêng tư (Privacy), tính bảo mật (Security) và tính an toàn (Safety).

Nguy cơ mạng IoT có thể bị đe dọa bởi 3 thực thể chính sau: Nguy cơ đến từ những người dùng với mục đích xấu: Là người sở hữu thiết bị IoT có khả năng thực hiện tấn công để tìm hiểu các bí mật của nhà sản xuất, và có quyền truy cập các chức năng bị hạn chế. Bằng cách phát hiện ra các sai sót của hệ thống, người dùng xấu có thể lấy thông tin, bán bí mất cho các bên thứ 3, hoặc thậm chí tấn công vào các hệ thống tương tự. Nguy cơ đến từ các nhà sản xuất tồi: Nhà sản xuất tồi có thể lợi dụng công nghệ để thu thập dữ liệu hay thông tin về các thiết bị khác của người dùng, hoặc có thể giới thiệu một cách có chủ đích lỗ hổng để truy cập dữ liệu của người dùng và hiện thị dữ liệu cho bên thứ 3, hoặc có thể tấn công vào các thiết bị của nhà sản xuất khác trong cùng hệ thống để gây hại cho họ. Nguy cơ đến từ các đối thủ bên ngoài hệ thống: Là thực thể mà không phải là một phần của hệ thống và không có quyền truy cập vào nó.

Một đối thủ như vậy sẽ cố gắng thu thập thông tin về người dùng của hệ thống vì mục đích xấu như gây thiệt hại về tài chính và làm suy yếu độ tin cậy của người dùng, truyền dữ liệu giả mạo. Các hình thức tấn công  Tấn công làm giả thiết bị: Thiết bị IoT có thể được tích hợp vào các hệ thống khác như xe hơi, công tắc bật tắt đèn, ti vi, lò nướng, và các thiết bị khác. Một số thiết bị chỉ làm việc trong một thời gian nhất định và có nhiều thời gian rỗi vì vậy nó dễ dàng bị đánh cắp nếu không để ý. Một Luan van 16 khi nó rơi vào tay kẻ xấu, kẻ tấn công có thể trộm bí mật, thao tác phần mềm, và làm giả phần cứng.

Phần cứng bị làm giả có thể được sử dụng để chèn mạo danh vào hệ thống, sử dụng vào mục đích xấu hay thiết bị hoạt động không đúng chức năng.  Tấn công tiết lộ thông tin: Là hành động tiết lộ thông tin cho một thực thể không được phép xem nó. Điều này thì bao gồm tiếp xúc tình cờ, tấn công có chủ đích, vv. Kẻ tấn công có thể lấy thông tin bằng cách nghe lén trên mạng, truy cập trực tiếp vào thiết bị, hay truy cập vào thiết bị qua mạng.

 Tấn công vi phạm quyền riêng tư: Kẻ tấn công có thể phỏng đoán thông tin cá nhân từ các nguồn khác như siêu dữ liệu (Meta data) và phân tích lưu lượng.  Tấn công từ chối dịch vụ: Là hình thức tấn công nhằm ngăn cản người dùng hợp pháp truy cập vào hệ thống máy tính, thiết bị hoặc tài nguyên. Hệ thống phải có khả năng tiếp tục hoạt động ngay cả khi một vài hành động không mong muốn được thực hiện bởi người dùng với mục đích xấu. Loại tấn công này có thể thực hiện bằng cách đánh cắp thiết bị, thao tác phần mềm của nó, hoặc làm gián đoạn kênh truyền thông.

 Tấn công giả mạo: Là hình thức lấy thông tin của người khác để có quyền truy cập vào vào dịch vụ không được phép truy cập. Các thông tin có thể bị lấy trực tiếp từ thiết bị, nghe lén trên kênh truyền hoặc giả mạo.  Mức độ đặc quyền: Một kẻ giả mạo có thể cài đặt một kẻ nặc danh vào hệ thống để giả vờ làm thiết bị khác, thông qua đó có thể truy cập vào thiết bị hay dịch vụ không được cấp đặc quyền.  Tiêm tín hiệu: Kẻ tấn công tiêm dữ liệu giả vào hệ thống để thay đổi dữ liệu cảm biến, như truyền các tín hiệu điện từ tới một cảm biến.

 Tấn công kênh kề: dựa trên thông tin như phân tích thời gian thực hiện, tiêu thụ điện năng, phân tích lưu lượng, và phân tích tín hiệu điện của thiết bị, có thể bao hàm cả dữ liệu riêng tư và bí mật. Vấn đề truyền tin bảo mật trong mạng IoT 2. Các yêu cầu của một hệ truyền thông tin an toàn và bảo mật Tính chất của một hệ truyền tin bảo mật:  Tính bảo mât: Bảo vệ thông tin, chống lại vấn đề xem trộm nội dung thông tin. Chỉ các đối tượng được cấp quyền mới được truy cập và đọc nội dung bên trong.

 Tính chứng thực: Xác minh được thông tin, nguồn gốc thông tin từ bên gửi, đảm bảo thông tin không bị sửa đổi trong quá trình truyền tin nhằm ngăn chặn các hình thức tấn công sửa đổi tin, mạo danh và phát lại thông tin.  Tính không từ chối: Các bên đã được xác thực không thể phủ nhận việc tham gia vào một giao dịch hợp lệ.  Tính toàn vẹn: Đảm bảo thông tin không bị sửa đổi trong qua trình truyền thông tin qua mạng. Các yêu cầu bảo mật trong mạng IoT: Bảo mật và quyền riêng tư là hai yếu tố tiên quyết về mặt công nghệ và cũng là thử thách lớn nhất trong IoT.

Các yêu cầu về bảo mật được phân chia thành năm mục là: An ninh mạng (Network Security), quản lý nhận dạng (Identity Management), quyền riêng tư (Privacy) , tin cậy (Trust) và khả năng phục hồi (Resilience).[09] An ninh mạng (Network Security): các yêu cầu về bảo mật mạng bao gổm: bí mật, toàn vẹn, xác thực nguồn gốc, tính tươi mới và tính khả dụng.  Tính bí mật của thông điệp đảm bảo rằng nội dung của thông điệp không ai hiểu được ngoài những người nhận mong muốn.  Tính toàn vẹn đảm bảo dữ liệu trong quá trình truyền qua mạng không bị sửa đổi.  Xác thực nguồn gốc dữ liệu để đảm bảo rằng một thông điệp phát đi từ một thực thể nhất định.

Luan van 18  Tính tươi mới: ngăn chặn kẻ tấn công tiêm thông tin sai lệch bằng cách ghi lại thông điệp và phát lại.  Tính khả dụng (Available): Đảm bảo các thiết bị và dịch vụ có thể truy cập và vận hành bất cứ khi nào cần một cách kịp thời. Quản lý nhận dạng (Identity Management): Quản lý nhận dạng là một thử thách lớn đối với hệ thống IoT bởi mối quan hệ phức tạp giữa các thực thể (Các thiết bị, các dịch vụ, các nhà cung cấp dịch vụ, người sở hữu và người sử dụng). Các yêu cầu đối với quản lý nhận dạng bao gồm: Xác thực, ủy quyền, thu hồi và trách nhiệm.

 Xác thực: Xác minh tính duy nhất và chính xác của các thiết bị truyền thông trong mạng IoT.  Ủy quyền: Cho phép các thực thể đã xác thực thực hiện một số hoạt động trong hệ thống IoT.  Thu hồi: Loại bỏ quyền thực hiện một hoạt động của một thực thể nhất định.  Trách nhiệm: Đảm bảo rằng các hoạt động được ràng buộc rõ ràng cho các thực thể xác thực.

Quyền riêng tư (Privacy): Các yêu cầu về quyền riêng tư bao gồm dữ liệu riêng tư, ẩn danh, bút danh và không liên kết.  Dữ liệu riêng tư: Quyển riêng tư là một trong những thử thách lớn đối với IoT bởi người dùng yêu cầu bảo vệ dữ liệu cá nhân của họ như thông tin về thói quen, tương tác và vị trí của họ.  Ẩn danh: Một người nào đó không thể bị nhận diện như là nguồn dữ liệu hay hoạt động.  Bút danh: Dùng để liên kết dữ liệu và các hoạt động thay vì một người nào đó.

Tin cậy (Trust): Tính tin cậy thể hiện ở tin cậy dữ liệu và tin cậy thực thể, ngoài ra còn một số thước đo độ tin cậy khác như tin cậy xử lý, tin cậy kết nối, tin cậy hệ thống. Luan van 19  Dữ liệu tin cậy: Dữ liệu có thể được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau trong đó có nguồn không thực sự tin cậy. Dữ liệu đáng tin cậy có thể được thu được bằng cách áp dụng các thuật toán khác nhau như tổng hợp dữ liệu hay học máy.  Tin cậy thực thể: Thể hiện ở hành vi của các thực thể như các thiết bị, dịch vụ hay người dùng.

Khả năng phục hồi (Resilience): Các hệ thống IoT lớn dễ bị tấn công và gặp thất bại do sự phức tạp cùng nhiều loại phần cứng và phần mềm. Vì thế việc phát hiện tấn công, ngăn chặn, dự phòng và khôi phục là yếu tố quan trọng để duy trì sự ổn định của hệ thống IoT. Các mô hình, phương pháp truyền tin hiện nay trong IoT IEEE 802.4: Tiêu chuẩn này được thiết kết với các giao thức cơ bản nhằm hướng tới phạm vi ngắn, truyền dữ liệu thấp và tiết kiệm năng lượng. Nó được giới thiệu lần đầu năm 2003, và đã được sửa đổi và bỗ sung nhiều trong các năm qua.

Trong đó có định nghĩa về lớp vật lý PHY (Physical) và lớp kiểm soát truy cập trung bình MAC (Medium access control). Lớp MAC được cung cấp các mức bảo mật khác nhau.1: Các mức bảo mật trong tiêu chuẩn IEEE 802.4 [07] Về cơ bản thì tất cả các dịch vụ bảo mật đều dựa trên mật mã khối AES-128 với chế độ hoạt động CCM. Trong các truyền thông thì trường mức độ bảo mật lựa chọn một trong các mức bảo mật ở bảng trên. Mức 0 là không bảo mật, mức từ 1 Luan van 20 đến 3 và 5 đến 7 có nghĩa là các khung đã được bảo mật đảm tảo toàn vẹn xác thực gốc.