Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phương pháp trao đổi khóa động cho định danh và xác thực trong mạng IoT

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp trao đổi khóa động cho định danh và xác thực trong mạng IoT, nâng cao bảo mật và hiệu suất.

• Tác giả: Nguyễn Văn Thắng
• 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 phương pháp trao đổi khóa động cho xác thực trong mạng IoT
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRAO ĐỔI KHÓA TRONG MẠNG INTERNET OF THINGS
• 1.1. Khái quát về mạng IoT
• 1.2. Kiến trúc an ninh trong mạng IoT
• 1.3. An toàn trong mạng IoT
• 1.4. Các nguy cơ tấn công trong mạng IoT
• 1.5. Vấn đề bảo mật trong IoT
• 1.6. Vấn đề trao đổi khóa và trao đổi khóa động trong mạng IoT
• 1.7. Vấn đề trao đổi khóa
• 1.8. Trao đổi khóa động trong mạng IoT
• 1.9. Yêu cầu chung về định danh, xác thực
• 1.10. Yêu cầu về trao đổi khóa động cho định danh và xác thực trong mạng Internet Of Things
• 1.11. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI KHÓA ĐỘNG PHỤC VỤ ĐỊNH DANH, XÁC THỰC
• 2.1. Cơ sở lý thuyết về định danh, xác thực, trao đổi khóa động
• 2.2. Vấn đề bảo mật thông tin với mật mã và khóa
• 2.3. Định danh và xác thực. Truyền tin bảo mật trong mạng IoT
• 2.4. Trao đổi khóa và trao đổi khóa động cho định danh, xác thực trong mạng IoT
• 2.5. Khảo sát về việc áp dụng cơ chế trao đổi khóa động trong mạng IoT. Một số giải thuật, phương pháp trao đổi khóa
• 2.6. Phương pháp trao đổi khóa Diffie-Hellman
• 2.7. Phương pháp trao đổi khóa IKE
• 2.8. Phương pháp trao đổi khóa động RPL
• 2.9. Một số hạn chế của mạng IoT khi triển khai bảo mật
• 2.10. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG, THỬ NGHIỆM
• 3.1. Các công cụ mô phỏng trong IoT. Công cụ mô phỏng NS-2
• 3.2. Công cụ mô phỏng OPNET
• 3.3. Công cụ mô phỏng Contiki/Cooja
• 3.4. Bộ công cụ mô phỏng Contiki/Cooja
• 3.5. Cấu trúc hệ điều hành Contiki
• 3.6. Ứng dụng mô phỏng Cooja
• 3.7. Xây dựng mô hình trao đổi khóa động trong mạng IoT
• 3.8. Mô tả bài toán. Mô phỏng trên ứng dụng Cooja
• 3.9. Kết quả mô phỏng
• 3.10. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn. Chữ ký điện tử
• 3.11. Giao thức thanh toán trực tuyến
• 3.12. Kết luận chương
• KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mạng IoT

Mạng Internet of Things (IoT) là một hệ thống kết nối các thiết bị thông minh, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu. Phương pháp trao đổi khóa là một phần quan trọng trong việc bảo mật thông tin trong mạng IoT. Các thiết bị IoT thường thiếu cơ chế bảo vệ cơ bản như xác thực và mã hóa, dẫn đến nguy cơ bị tấn công. Việc áp dụng khóa động trong mạng IoT giúp tăng cường tính bảo mật, cho phép các thiết bị thiết lập khóa bí mật mà không cần thỏa thuận trước. Điều này rất cần thiết trong bối cảnh các thiết bị IoT ngày càng phổ biến và dễ bị tấn công.

1.1 Khái niệm về mạng IoT

Mạng IoT là một hệ thống kết nối các thiết bị thông minh, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu. Các thiết bị này có thể là cảm biến, máy tính, hoặc bất kỳ thiết bị nào có khả năng kết nối Internet. Xác thực trong mạng IoT là một yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn thông tin. Việc thiếu cơ chế bảo vệ cơ bản như xác thực và mã hóa có thể dẫn đến việc dữ liệu bị rò rỉ hoặc bị tấn công. Do đó, việc áp dụng phương pháp trao đổi khóa là cần thiết để bảo vệ thông tin trong mạng IoT.

1.2 Nguy cơ tấn công trong mạng IoT

Mạng IoT đối mặt với nhiều nguy cơ tấn công, bao gồm tấn công từ chối dịch vụ, mạo danh, và khai thác lỗ hổng hệ thống. Những tấn công này có thể dẫn đến việc rò rỉ thông tin cá nhân và gây thiệt hại cho người dùng. Bảo mật mạng IoT cần được nâng cao thông qua việc áp dụng các phương pháp như giao thức xác thực và mã hóa dữ liệu. Việc sử dụng khóa động giúp giảm thiểu rủi ro khi một khóa bị xâm nhập, bảo vệ toàn bộ hệ thống.

II. Phương thức trao đổi khóa động

Phương thức trao đổi khóa động cho phép các thiết bị trong mạng IoT thiết lập khóa bí mật mà không cần thỏa thuận trước. Điều này giúp tăng cường tính bảo mật và giảm thiểu nguy cơ bị tấn công. Các thuật toán như Diffie-Hellman và IKE được sử dụng để thực hiện giao thức xác thực. Việc áp dụng khóa động trong mạng IoT không chỉ giúp bảo vệ thông tin mà còn đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng khóa động có thể cải thiện đáng kể khả năng bảo mật trong môi trường IoT.

2.1 Cơ sở lý thuyết về trao đổi khóa

Trao đổi khóa là một quá trình cho phép hai bên thiết lập một khóa bí mật chung để mã hóa dữ liệu. Khóa động được tạo ra thông qua các thuật toán ngẫu nhiên, giúp tăng cường tính bảo mật. Việc áp dụng phương pháp trao đổi khóa trong mạng IoT giúp các thiết bị có thể giao tiếp an toàn mà không cần thỏa thuận trước về khóa bí mật. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh các thiết bị IoT ngày càng phổ biến và dễ bị tấn công.

2.2 Các phương pháp trao đổi khóa

Có nhiều phương pháp trao đổi khóa khác nhau, bao gồm Diffie-Hellman, IKE và RPL. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho mạng IoT. Bảo mật thông tin trong mạng IoT cần được nâng cao thông qua việc áp dụng các phương pháp như giao thức xác thực và mã hóa dữ liệu. Việc sử dụng khóa động giúp giảm thiểu rủi ro khi một khóa bị xâm nhập, bảo vệ toàn bộ hệ thống.

III. Mô phỏng và thử nghiệm

Mô phỏng và thử nghiệm là bước quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của phương pháp trao đổi khóa động. Các công cụ mô phỏng như NS-2, OPNET và Contiki/Cooja được sử dụng để thực hiện các thử nghiệm. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng khóa động có thể cải thiện đáng kể khả năng bảo mật trong mạng IoT. Các thử nghiệm cũng chỉ ra rằng việc sử dụng giao thức xác thực và mã hóa dữ liệu là cần thiết để bảo vệ thông tin trong mạng IoT.

3.1 Công cụ mô phỏng

Các công cụ mô phỏng như NS-2, OPNET và Contiki/Cooja được sử dụng để thực hiện các thử nghiệm về phương pháp trao đổi khóa động. Những công cụ này cho phép mô phỏng các tình huống thực tế trong mạng IoT, giúp đánh giá hiệu quả của các phương pháp bảo mật. Kết quả từ các mô phỏng này cung cấp thông tin quý giá cho việc cải thiện bảo mật mạng IoT.

3.2 Kết quả thử nghiệm

Kết quả từ các thử nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng khóa động có thể cải thiện đáng kể khả năng bảo mật trong mạng IoT. Các thử nghiệm cũng chỉ ra rằng việc sử dụng giao thức xác thực và mã hóa dữ liệu là cần thiết để bảo vệ thông tin trong mạng IoT. Những kết quả này khẳng định tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp bảo mật mới cho mạng IoT.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Internet vạn vật (IoT) đang trở thành xu hướng công nghệ chủ đạo với sự kết nối của hàng tỷ thiết bị trên toàn cầu, mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quân sự, y tế, giao thông, và thành phố thông minh. Theo thống kê, Việt Nam hiện có hơn 310.000 camera giám sát kết nối Internet, trong đó gần một nửa thiết bị tồn tại lỗ hổng bảo mật nghiêm trọng, tiềm ẩn nguy cơ tấn công mạng cao. Vấn đề bảo mật trong IoT, đặc biệt là định danh và xác thực thiết bị, trở thành thách thức lớn do hạn chế về tài nguyên, năng lực xử lý và kết nối của các thiết bị.

Luận văn tập trung nghiên cứu và thử nghiệm phương pháp trao đổi khóa động nhằm nâng cao tính bảo mật trong định danh và xác thực thiết bị IoT. Mục tiêu chính là xây dựng và đánh giá hiệu quả của phương thức trao đổi khóa động phù hợp với đặc thù mạng IoT, đảm bảo an toàn truyền tin, chống tấn công mạo danh và truy cập trái phép. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh mạng IoT tại Việt Nam, với phạm vi tập trung vào các thiết bị cảm biến không dây và mạng tổn hao năng lượng thấp (LLNs) trong giai đoạn 2018-2019.

Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển giải pháp bảo mật hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế của các thiết bị IoT, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống IoT tại Việt Nam, góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ sinh thái IoT.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mật mã học và bảo mật thông tin: Bao gồm các khái niệm về tính bảo mật, tính chứng thực, tính toàn vẹn và tính không từ chối trong truyền tin. Mã hóa dữ liệu sử dụng các thuật toán khóa đối xứng (AES, DES) và khóa công khai (RSA, Diffie-Hellman) là nền tảng cho việc bảo vệ thông tin trong mạng IoT.

• Định danh và xác thực: Định danh là quá trình xác định duy nhất một thực thể trong hệ thống, còn xác thực là việc chứng minh tính hợp pháp của thực thể đó. Hệ thống xác thực gồm các thành phần như thông tin xác thực, thông tin bổ sung, hàm lựa chọn và hàm xác thực.

• Trao đổi khóa động: Phương pháp tạo và cập nhật khóa mã hóa tự động theo phiên, giúp tăng cường bảo mật bằng cách giảm thiểu rủi ro khi khóa bị lộ. Giao thức trao đổi khóa như Diffie-Hellman, IKE và RPL được khảo sát và áp dụng trong môi trường IoT.

• Giao thức định tuyến RPL: Được thiết kế cho mạng tổn hao năng lượng thấp và mạng cảm biến không dây, sử dụng cấu trúc đồ thị định hướng không chu trình (DODAG) để tối ưu hóa việc truyền dữ liệu và bảo mật trong mạng IoT.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm mô phỏng:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các báo cáo an ninh mạng, tài liệu chuyên ngành về IoT, mật mã học, và các công trình nghiên cứu liên quan đến bảo mật IoT.

• Phương pháp phân tích: Phân tích các thuật toán trao đổi khóa hiện có, đánh giá ưu nhược điểm trong bối cảnh IoT. Thiết kế mô hình trao đổi khóa động dựa trên ma trận khóa và thuật toán RSA để mã hóa, giải mã dữ liệu.

• Mô phỏng thực nghiệm: Sử dụng công cụ mô phỏng Contiki/Cooja để xây dựng mạng IoT với các node mô phỏng thiết bị cảm biến. Thử nghiệm trao đổi khóa động trên các mạng với số lượng node khác nhau (6, 8, 16, 32 node), chạy 30 lần mô phỏng mỗi cấu hình để đánh giá hiệu năng và tính ổn định.

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

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả bảo mật của trao đổi khóa động: Mô hình trao đổi khóa động sử dụng ma trận khóa kết hợp thuật toán RSA cho phép tạo khóa mới sau mỗi phiên truyền tin, giảm thiểu nguy cơ bị tấn công do khóa bị lộ. Kết quả mô phỏng cho thấy tỷ lệ thành công trong việc xác thực và trao đổi khóa đạt trên 95% trong các mạng thử nghiệm với số lượng node từ 6 đến 32.

2. Tính khả thi trên thiết bị IoT hạn chế tài nguyên: So với giao thức Diffie-Hellman truyền thống, phương pháp trao đổi khóa động giảm đáng kể chi phí tính toán và thời gian xử lý, phù hợp với các thiết bị IoT có bộ nhớ và năng lực xử lý hạn chế. Thời gian trao đổi khóa trung bình giảm khoảng 30% so với phương pháp truyền thống.

3. Độ ổn định và khả năng mở rộng của mạng: Qua 30 lần mô phỏng với các cấu hình mạng khác nhau, mạng IoT sử dụng trao đổi khóa động duy trì tính ổn định cao, với tỷ lệ lỗi truyền tin dưới 5%. Khi số lượng node tăng lên 32, hiệu suất mạng giảm nhẹ nhưng vẫn đảm bảo tính bảo mật và xác thực.

4. Khả năng phát hiện và ngăn chặn tấn công mạo danh: Hệ thống khóa động giúp phát hiện kịp thời các hành vi truy cập trái phép thông qua việc đồng bộ hóa mã thông báo và khóa giữa máy chủ và thiết bị. Tài khoản bị khóa tự động khi phát hiện sự không đồng bộ, giảm thiểu rủi ro tấn công.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp trao đổi khóa động trong việc nâng cao bảo mật mạng IoT. Việc sử dụng ma trận khóa và thuật toán RSA giúp cân bằng giữa yêu cầu bảo mật cao và giới hạn tài nguyên thiết bị. So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy phương pháp này có ưu thế về hiệu năng và khả năng ứng dụng thực tế trong các mạng cảm biến không dây.

Biểu đồ thể hiện tỷ lệ thành công xác thực và thời gian trao đổi khóa theo số lượng node sẽ minh họa rõ sự ổn định và hiệu quả của mô hình. Bảng so sánh chi tiết giữa các giao thức trao đổi khóa cũng làm nổi bật ưu điểm của phương pháp đề xuất.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra một số hạn chế như việc đồng bộ hóa khóa đòi hỏi cơ chế quản lý phức tạp hơn khi mạng mở rộng quy mô lớn hơn, cần có giải pháp tối ưu hơn cho các mạng IoT đa dạng và phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống trao đổi khóa động trên thiết bị IoT thực tế: Khuyến nghị các nhà phát triển thiết bị IoT tích hợp phương pháp trao đổi khóa động vào firmware, nhằm nâng cao bảo mật ngay từ giai đoạn thiết kế sản phẩm. Thời gian thực hiện dự kiến trong 12 tháng, do các nhóm phát triển phần mềm và phần cứng phối hợp thực hiện.

2. Xây dựng cơ chế quản lý khóa tập trung và phân tán: Đề xuất phát triển hệ thống quản lý khóa linh hoạt, hỗ trợ đồng bộ hóa khóa giữa các thiết bị và máy chủ, giảm thiểu rủi ro mất đồng bộ. Giải pháp này cần được hoàn thiện trong vòng 6-9 tháng, do các chuyên gia bảo mật và quản trị mạng thực hiện.

3. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức về bảo mật IoT: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho kỹ sư phát triển và quản trị hệ thống IoT về các kỹ thuật bảo mật, đặc biệt là trao đổi khóa động và xác thực. Thời gian triển khai liên tục, chủ yếu do các tổ chức đào tạo và doanh nghiệp phối hợp thực hiện.

4. Phát triển công cụ giám sát và phát hiện tấn công dựa trên khóa động: Xây dựng hệ thống giám sát tự động phát hiện các hành vi truy cập trái phép, không đồng bộ khóa để kịp thời khóa tài khoản và cảnh báo. Dự kiến phát triển trong 12 tháng, do các nhóm nghiên cứu an ninh mạng và phát triển phần mềm đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà phát triển thiết bị IoT: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về bảo mật trao đổi khóa động, giúp họ thiết kế sản phẩm có khả năng bảo vệ dữ liệu và xác thực thiết bị hiệu quả.

2. Chuyên gia an ninh mạng và quản trị hệ thống: Tài liệu là nguồn tham khảo quan trọng để xây dựng các chính sách bảo mật, triển khai giải pháp xác thực và quản lý khóa trong mạng IoT.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thông tin, viễn thông: Luận văn trình bày chi tiết các thuật toán, mô hình và phương pháp mô phỏng, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo mật mới cho IoT.

4. Doanh nghiệp và tổ chức triển khai hệ thống IoT: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để lựa chọn giải pháp bảo mật phù hợp, giảm thiểu rủi ro tấn công và bảo vệ dữ liệu người dùng.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp trao đổi khóa động là gì và tại sao quan trọng trong IoT?
   Trao đổi khóa động là kỹ thuật tạo và cập nhật khóa mã hóa tự động theo từng phiên truyền tin, giúp tăng cường bảo mật bằng cách giảm thiểu rủi ro khi khóa bị lộ. Trong IoT, do thiết bị hạn chế tài nguyên, phương pháp này giúp bảo vệ dữ liệu hiệu quả mà không gây quá tải tính toán.

2. Các giao thức trao đổi khóa nào được áp dụng trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu khảo sát và áp dụng các giao thức như Diffie-Hellman, IKE và đặc biệt là giao thức định tuyến RPL phù hợp với mạng cảm biến không dây, kết hợp thuật toán RSA để đảm bảo an toàn trao đổi khóa.

3. Làm thế nào để mô phỏng mạng IoT và trao đổi khóa động?
   Sử dụng công cụ mô phỏng Contiki/Cooja, mô hình mạng IoT được xây dựng với các node mô phỏng thiết bị cảm biến. Trao đổi khóa động được thử nghiệm qua các kịch bản với số lượng node khác nhau, đánh giá hiệu năng và tính ổn định.

4. Phương pháp trao đổi khóa động có phù hợp với các thiết bị IoT hạn chế tài nguyên không?
   Có. Phương pháp này giảm chi phí tính toán so với các giao thức truyền thống, phù hợp với bộ nhớ và năng lực xử lý hạn chế của thiết bị IoT, đồng thời vẫn đảm bảo tính bảo mật cao.

5. Làm thế nào để phát hiện và ngăn chặn tấn công mạo danh trong mạng IoT?
   Thông qua việc đồng bộ hóa mã thông báo và khóa giữa máy chủ và thiết bị, hệ thống có thể phát hiện sự không đồng bộ do truy cập trái phép. Khi phát hiện, tài khoản sẽ bị khóa tự động, ngăn chặn kịp thời các hành vi tấn công mạo danh.

Kết luận

• Phương pháp trao đổi khóa động kết hợp ma trận khóa và thuật toán RSA nâng cao hiệu quả bảo mật trong mạng IoT, phù hợp với thiết bị hạn chế tài nguyên.
• Mô hình mô phỏng trên Contiki/Cooja chứng minh tính khả thi, ổn định và khả năng mở rộng của giải pháp trong các mạng cảm biến không dây.
• Giải pháp giúp phát hiện và ngăn chặn hiệu quả các cuộc tấn công mạo danh, bảo vệ dữ liệu và thiết bị trong hệ sinh thái IoT.
• Đề xuất triển khai hệ thống quản lý khóa tập trung và phân tán, đồng thời tăng cường đào tạo và phát triển công cụ giám sát bảo mật.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các giải pháp bảo mật gọn nhẹ, hiệu quả cho IoT, góp phần thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

Các tổ chức và doanh nghiệp nên bắt đầu tích hợp phương pháp trao đổi khóa động vào hệ thống IoT hiện có, đồng thời đầu tư nghiên cứu phát triển thêm các công cụ quản lý và giám sát bảo mật. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ triển khai, liên hệ chuyên gia bảo mật IoT hoặc tham khảo tài liệu nghiên cứu chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ TRAO ĐỔI KHÓA TRONG MẠNG INTERNET OF THINGS 1. Khái quát về mạng IoT 1. Khái niệm Internet of Things (IoT) được dịch là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet là một liên mạng, đã có mặt ở nhiều lĩnh vực như quân sự, giao thông, y tế, môi trường, sức khỏe, công nông nghiệp. trong đó các thiết bị có thể thu thập và truyền tải dữ liệu.

Về cơ bản, Internet Vạn Vật cung cấp kết nối chuyên sâu cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ, kết nối này mang hiệu quả vượt trội so với kiểu truyền tải máy- máy (M2M), đồng thời hỗ trợ da dạng giao thức, miền (domain), và ứng dụng. Kết nối các thiết bị nhúng này (luôn cả các vật dụng thông minh), được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên tự động hóa trong hầu hết các ngành, từ những ứng dụng chuyên sâu như điện lưới thông minh, mở rộng tới những lĩnh vực khác như thành phố thông minh. IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet.

Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Rất nhiều các nhà sản xuất thiết bị IoT cho ra thị trường hàng loạt sản phẩm của mình nhưng hầu hết đều thiếu cơ chế bảo vệ cơ bản là xác thực, mã hóa và định danh người dùng. Trên Thế giới hiện nay, vấn đề trao đổi khóa trong mạng IoT vẫn còn khá mới mẻ. Khó khăn chính là vì các thiết bị bị hạn chế về tài nguyên, dung lượng, khả năng xử lý… nên không thể áp dụng cơ chế Internet truyền thống vào mạng IoT.

Kiến trúc an ninh trong mạng IoT Hình 1. 1 Kiến trúc an ninh mạng IoT Kiến trúc trong IoT được chia làm 4 lớp chính:  Lớp cảm biến: Thu thập tất cả các loại thông tin thông qua các thiết bị vật lý (cảm biến, đầu đọc RFID, GPS…) và nhận diện thế giới vật chất. Các thông tin thu thập bao gồm các thuộc tính đối tượng, điều kiện môi trường v. Các phần quan trọng trong lớp này là cảm biến để capture và đại diện thế giới vật chất trong thế giới kỹ thuật số  Lớp mạng: Truyền tải thông tin từ lớp cảm quan, xử lý sơ bộ, phân loại và trùng hợp thông tin.

Lớp này truyền tải thông tin được dựa trên một số mạng cơ bản, đó là mạng Internet, mạng truyền thông di động, mạng lưới truyền hình vệ tinh, mạng không dây, cơ sở hạ tầng mạng và các giao thức truyền thông.  Lớp hỗ trợ: Thiết lập một nền tảng hỗ trợ cho lớp ứng dụng. Đóng vai trò kết hợp lớp ứng dụng phía trên và lớp mạng phía dưới. Quyền hạn sẽ được tổ chức thông qua mạng lưới điện và điện toán đám mây.

Luan van 4  Lớp ứng dụng: Cung cấp các dịch vụ cá nhân hoá theo nhu cầu của người sử dụng (truy cập internet, truyền hình …). Người dùng có thể truy cập vào internet thông qua giao diện lớp ứng dụng sử dụng của truyền hình, máy tính cá nhân hoặc thiết bị di động … Yêu cầu về an ninh của từng lớp:  Lớp cảm biến: Chứng thực tại node đầu tiên rất cần thiết để ngăn chặn truy cập bất hợp pháp vào node. Sau đó là mã hóa để bảo mật khi truyền tải thông tin. Cuối cùng là thỏa thuận khóa giữa các node.

 Lớp mạng: Chứng thực nhận dạng (Identity authentication) nhằm ngăn chặn các node bất hợp pháp, là tiền đề cho các cơ chế an toàn, bảo mật. Bên cạnh đó cần có phương pháp chống tấn công DDOS (Anti-DDOS), mã hóa và an ninh trong truyền thông.  Lớp hỗ trợ: Tầng này cần nhiều hệ thống ứng dụng bảo mật như an ninh điện toán đám mây, điện toán đa nhóm (Secure multiparty computation)… gần như tất cả các thuật toán mã hóa mạnh và giao thức mã hóa, kỹ thuật bảo mật, diệt virus đều tập trung ở Layer này.  Lớp ứng dụng: để giải quyết vấn đề an toàn ở tầng này, chúng ta cần quan tâm 2 mặt: chứng thực – thỏa thuận khóa qua mạng không đồng nhất và bảo vệ quyền riêng tư của người dùng.

Thêm vào đó, việc đào tạo và quản lý là rất quan trọng với bảo mật thông tin, đặc biệt là quản lý password. An toàn trong mạng IoT Theo thống kê của Cục An toàn Thông tin, Bộ Thông tin và Truyền thông, trong tháng 4/2018 hàng loạt cuộc tấn công mạng ở nhiều quốc gia trên thế giới lợi dụng nhóm lỗ hổng trên các thiết bị router/switch đã gây ảnh hưởng tới khoảng 1.000 thiết bị ở Việt Nam. Việt Nam hiện có hơn 310.000 camera giám sát đang kết nối internet, nhưng gần một nửa số thiết bị này có lỗ hổng bảo mật, có thể bị tấn công, theo dõi và chiếm quyền điều khiển bất cứ lúc nào. Riêng trong quý 1/2018, trên 9 triệu lượt địa chỉ IP của Việt Nam nằm trong các mạng máy tính ma, khoảng 1.400 cuộc tấn công Luan van 5 mạng vào các hệ thống thông tin.

Tháng 12/2017, vụ lộ lọt dữ liệu liên quan đến các địa chỉ thư điện tử, trong đó có gần 1.100 địa chỉ thư điện tử có tên miền ".vn" và hơn 800 địa chỉ thư điện tử của các ngân hàng. Thị trường thiết bị IoT ở nước ta hiện nay đa phần là thiết bị nhập khẩu nước ngoài, nên cũng chưa có quy trình đảm bảo an ninh, an toàn cho các thiết bị này. Khi mất an toàn thông tin, tức là tính bảo mật của hệ thống bị phá vỡ, thì bất cứ thiết bị kết nối Internet nào hoạt động trong hệ thống đều có thể trở thành thiết bị lây nhiễm mã độc, lây lan virus… Chưa kể, khi người sử dụng Internet có thể kết nối với hệ thống thông tin của cơ quan Nhà nước, tổ chức, doanh nghiệp… bằng các thiết bị ở ngoài mạng nội bộ, mối nguy hiểm lại càng tăng cao. "Yếu tố con người quyết định hơn 70% tính bảo mật, an toàn của hệ thống.

Nguy cơ thứ 2 là trong khi các thiết bị kết nối internet phát triển bùng nổ, thì việc kiểm định về an ninh, an toàn cho thiết bị hầu như còn để ngỏ. Mỗi một thiết bị IoT là một cửa ngõ rất tiềm năng cho hacker khai thác, tấn công, truy cập và kiểm soát toàn bộ hệ thống thông tin" 1. Các nguy cơ tấn công trong mạng IoT Với IoT, nhiều thiết bị được kết nối với nhau và kết nối với mạng Internet. Chính điều này tiềm ẩn những nguy cơ về an ninh, an toàn, chẳng hạn như bí mật thông tin bị tiết lộ, xác thực sai, dữ liệu bị thay đổi hoặc làm giả.

Do các thiết bị này đều có chủ sở hữu và người sử dụng nó, nên dữ liệu thu thập được từ các thiết bị có thể chứa thông tin cá nhân liên quan chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó, chẳng hạn như thói quen, sở thích, hồ sơ sức khỏe…. Vì thế, tiềm ẩn nguy cơ lộ những thông tin riêng tư trong quá trình truyền dữ liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác và xử lý thông tin của các thiết bị IoT. Các hình thức tấn công trong mạng IoT có thể kể đến như:  Social Engineering (kỹ thuật đánh lừa): Tấn công này với hai mục đích chính là đùa cợt và trục lợi. Kỹ thuật này phụ thuộc nhiều vào sơ hở của nhân viên, hacker có thể gọi điện thoại hoặc gửi e-mail giả danh người quản trị hệ thống từ đó lấy mật khẩu của nhân viên và tiến hành tấn công hệ thống.

Cách Luan van 6 duy nhất để ngăn chặn nó là giáo dục khả năng nhận thức của nhân viên về cách đề phòng.  Impersonation (mạo danh): là ăn cắp quyền truy cập của người sử dụng có thẩm quyền  Khai thác lỗ hổng hệ thống: liên quan đến việc khai thác lỗi trong phần mềm hoặc hệ điều hành.  Data Attacks: Sử dụng các đoạn mã Script độc gửi vào hệ thống như troijan, worm, virus…  Tấn công từ chối dịch vụ: loại tấn công này chủ yếu tập trung lưu lương để làm ngưng trệ các dịch vụ của hệ thống mạng. Hệ thống được chọn sẽ bị tấn công dồn dập bằng các gói tin với các địa chỉ IP giả mạo.

 Ngoài ra còn có các hình thức khác như: Điểm yếu về cơ sở hạ tầng, Active Wiretap: dữ liệu sẽ bị chặn lại trong quá trình truyền: một là gói tin sẽ bị thay đổi địa chỉ IP nguồn hoặc đích hoặc số thứ tự, hai là sẽ bị sao chép. IoT đang trở thành mục tiêu của các cuộc tấn công mạng vì những lý do sau:  Thứ nhất, người dùng và doanh nghiệp đang bắt đầu phụ thuộc vào các thiết bị tiện ích này. Minh chứng là việc sử dụng các thiết bị IoT đang gia tăng nhanh chóng và trở nên phổ biến hơn. Tuy nhiên, mối quan tâm đến an toàn thông tin của các thiết bị này chưa được người sử dụng đặt lên hàng đầu.

 Thứ hai, hoàn toàn có thể bảo đảm an toàn cho các thiết bị IoT ngay từ khi bắt đầu đưa ra thị trường. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thiết bị đơn lẻ được kết nối mạng mà bỏ qua chưa vá lỗi.  Thứ ba, một vấn đề khá quan trọng là nhiều công ty IoT nhỏ, đội ngũ nhân viên ít, thậm chí không có các chuyên gia an toàn và họ có xu hướng sử dụng thiết bị điện tử của bên thứ ba, mà những thiết bị này có thể không có chứng nhận hoặc kiểm tra về an toàn thông tin. Hơn nữa, thị trường IoT còn quá mới mẻ, vì thế mục tiêu chính hiện nay của các doanh nghiệp là đưa các tiện ích này ra thị trường một cách nhanh nhất có thể.

Luan van 7 Mỗi thiết bị IoT là một “cửa ngõ” tiềm năng để tin tặc có thể khai thác mạng lưới, chúng không những truy nhập tới dữ liệu mà còn kiểm soát các hệ thống vật lý, gây ra những thiệt hại nghiêm trọng cho người dùng doanh nghiệp. Vấn đề bảo mật trong IoT Thực tế hiện nay có rất ít các giải pháp bảo mật nhằm phát hiện các hướng tấn công và lỗ hổng mới cho thiết bị IoT. Thêm vào đó, người dùng có rất ít kiến thức về phần mềm mà những thiết bị này sử dụng.