基于区块链及智能合约的工业物联网设备安全性研究

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随着物联网技术的快速发展,中国制造2025、美国先进制造伙伴计划、德国工业4.0等一系列国家战略的提出,工业物联网也随之受到重点关注。工业物联网将传感器技术、移动通信技术、控制工程以及人工智能等方面的技术不断融入到工业制造的各个环节中,大幅提高了工业生产率和生产质量,使得传统工业加速迈向了智能化的道路。然而,工业物联网作为一个高度互联互通的网络,其发展过程仍然存在着诸多安全问题。工业物联网系统中倘若某一个设备节点被入侵,其所带来的恶劣影响不仅会给整个系统带来系统性风险,而且会通过节点网络高速扩散。因此,检测系统应当及时识别出恶意设备并阻止其造成系统性风险。本文旨在提出一种可提高工业物联网设备安全性的区块链及智能合约安全方案,该方案可从根本上保护检测系统,确保其检测方式无法被篡改或破坏。本文的主要工作如下:(1)针对工业物联网安全架构,设计了基于区块链及智能合约的Schain框架。该框架将边缘服务器作为组织之间的沟通枢纽,结合Fabric联盟链的通道建立隔离机制,可确保工业物联网设备即可互不干扰又能协调工作。最后设计了MWIT检测模型,该检测模型采用周期性的检测方式,使得每个IIo T设备在检测时仍可处于正常运行的状态。(2)针对工业设备的检测系统,设计了基于信任评估的检测算法。该算法重新定义直接信任值和间接信任值的产生形式,并将具有累积效应的历史信任值作为判断恶意设备的标准之一。本算法依据行为特征数据,采用改进的模糊化处理算法以及D-S证据理论融合规则,获得了更加合理的信任值结果。(3)针对Schain安全方案,实验仿真验证了该方案的可行性。选取了智能制造生产线为工作场景。为了获取被检测设备的特征行为数据,实验中设计了STM32单片机以及CAN通信模块的电路图,完成了以主控MCU为核心模块的数据检测任务;同时,利用e NSP和Wireshark软件模拟了通信行为数据的抓取和分析。最后搭建并启动了Fabric联盟链,编写了基于检测算法的智能合约并完成部署。最终,仿真实验验证了基于区块链及智能合约框架Schain的可行性以及相应检测算法的有效性。
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