工业物联网终端安全解决方案研究与设计

摘要：随着工业物联网的快速发展，其终端安全问题日益凸显。本文重点围绕工业物联网终端安全风险分析与安全解决方案设计展开研究。在风险分析方面，详细探讨了包括设备漏洞、数据泄露风险等多种潜在威胁。针对这些风险，设计出全面的工业物联网终端安全解决方案。通过强化身份认证和访问控制，确保只有授权人员和设备能够访问系统；利用先进的数据加密技术保障数据传输和存储的安全性；同时建立实时监测与预警机制，及时发现并应对安全事件。此外，还强调了安全管理策略的重要性，包括定期安全培训、应急响应计划等。旨在为工业物联网的安全稳定运行提供有力保障，促进工业领域智能化发展的同时降低安全风险。

关键词：工业物联网；终端；安全解决方案；设计

在当今数字化时代，工业物联网蓬勃发展，成为推动工业领域变革的重要力量。然而，随着其广泛应用，终端安全风险也如影随形。工业物联网终端面临着诸多安全挑战，如恶意攻击、数据窃取等，这些风险可能会导致严重的生产事故和经济损失。因此，深入研究工业物联网终端安全问题刻不容缓。本文章致力于对工业物联网终端安全风险进行全面分析，并在此基础上精心设计安全解决方案，旨在为构建安全可靠的工业物联网环境贡献力量，确保工业生产的高效与稳定运行。

一、工业物联网终端安全风险分析

（一）设备盗窃和破坏

工业物联网终端面临着严峻的设备被盗和损毁风险。一方面，工业物联网终端分布范围广，有的地方安全防范不到位，给不法分子可乘之机。设备失窃不但造成经济上的直接损失，而且还会影响到整个产业体系的正常运转，特别是某些重要设备的遗失将会造成重大的经济损失。但同时也存在着一些不能忽视的恶意破坏行为。竞争者或有恶意的人会蓄意攻击终端设备，使得它不能正常运行。这些损坏可以是物理上的损坏，也可以是通过技术上的攻击使装置的重要部分或软件发生故障。这将极大地影响到企业的稳定运行并造成重大的经济损失与生产延迟。此外，由于设备被盗、损毁等原因还会造成公司关键数据及商业秘密的泄漏，从而加剧了企业的风险与损失，给企业的生存与发展带来了严峻的挑战。

（二）设备篡改和仿冒

就设备入侵而言，黑客可以利用技术上的漏洞突破终端的安全保护，对设备的软硬件进行非法改动。这将导致设备的性能、操作逻辑等发生变化，甚至无法按预先设定的规律工作，从而影响到整个工业系统的精度与可靠性。比如，在制造过程中对一些重要的参数进行人为修改会引起产品的质量问题，甚至造成产品的安全事故。假冒产品的风险也很大。恶意软件可以生产山寨产品，并把它连接到工业物联网上。这种恶意软件的出现将使系统的识别与管理变得更加混乱，从而增加安全维护的难度。

（三）漏洞攻击

随着科技的进步，工业物联网终端的软硬件环境面临着各种安全隐患。通过其自身存在的缺陷，攻击者可以远距离侵入用户终端，从而获得控制权，实现对工业生产的恶意操作。在生产过程中，人为地篡改生产数据，打乱设备运行规律会造成生产秩序混乱，甚至瘫痪，给企业造成很大的经济损失。同时，该漏洞还会造成生产过程参数、顾客等敏感信息泄漏，从而影响企业的商业利益，甚至触犯有关法律而承担法律责任。同时，这些漏洞还会被恶意应用，导致其在工业物联网中的传播，从而造成更大的危害，对整个工业物联网的稳定与安全形成威胁。（四）窃取重要信息

工业物联网中的终端设备易被盗取重要信息。在工业物联网环境下，终端设备通常携带有生产过程、产品配方、客户等重要敏感信息。罪犯们可以用各种方法盗取这些关键资料。他们可以通过网络的弱点侵入用户的电脑终端，打破安全保护，悄无声息地窃取用户信息，也可以偷偷把恶意程序装到终端装置进行资料搜集和传送。如果关键数据被盗将给公司带来很大损失。企业的核心技术与商业秘密可能会被竞争者获得，进而在市场上取得优势，这会极大地损害企业的创新成果与竞争优势。而一旦用户资料外泄将会对公司的信誉造成伤害，导致顾客信任度降低。另外，窃密也会对公司的经营和决策产生一定影响，从而导致公司处于不利地位。

（五）缺乏集中管理

工业物联网终端普遍存在集中式管理不足的问题。在没有统一的管理模式下很难全面实时地掌握各终端的运行状况。不同的生产厂家生产的终端设备其性能、规范各不相同，给系统的统一管理带来了很大的难度。在网络环境下，一些终端设备的安全性设定被忽略或者没有及时地进行升级，这就是一个潜在的安全漏洞。另外，如果不进行统一的管理也会导致终端的资源配置出现混乱。某些终端存在对资源的过度使用，而其他的终端却得不到足够的保护，从而影响到整个系统的运行效率与稳定。当问题发生时很难快速找到并排除错误，从而降低了问题的解决效率。另外，由于缺乏集中化的管理也不利于对安全战略的统一执行与监控。不同的终端之间存在着不一致的安全性规范，这就为恶意攻击提供了机会。这些问题加剧了企业的安全风险，也加剧了企业的管理成本，降低了企业的运营效率，阻碍了企业的高效运营与健康发展。

二、工业物联网终端安全解决方案设计

（一）终端硬件安全设计

在工业物联网终端的安全解决方案设计过程中，终端硬件的安全设计是关键。首先，必须保证硬件的实际安全。使用高强度的外壳材料具有一定的保护功能，不容易被外力破坏。建立物理锁定或身份验证机制以防止非法存取及破坏硬件。其次，硬件上必须有安全可靠的密码处理模块；利用密码技术将储存于终端机中的资料加密，增加资料破译难度。在此基础上，还采用了加密芯片等多种手段，保证了重要信息在存储与处理过程中的安全性。其次，要强化硬件的鉴别机制。各终端必须具有一个独特的识别标志，在与系统进行互动时必须经过严格的身份验证，以避免非法终端进入网络。为了防止数据在传送时被窃取和篡改，需要对硬件的通讯接口进行安全性设计。另外，该系统的硬件还应该具有某种程度的自销毁、数据清理等功能，在发现非法侵入或者受到重大的安全威胁时可以自动启动，从而防止用户的隐私被窃取。同时，为了保证系统能够在复杂的工业环境下稳定工作，避免由于电磁干扰等原因造成的安全隐患还必须考虑到硬件的抗干扰性能。此外，还需要对系统的硬件进行定期的安全检查与维修，以便能够及时地发现和排除可能存在的硬件安全问题。

（二）软件安全策略

在工业物联网终端的安全性设计中，软件的安全性是至关重要的。首先，必须制定一套严密的存取控制制度。借由设定不同层级的使用权限，以保证只有授权人士可以存取某些软件特性与资料。在加密策略上采取了一种强制的加密方式并且需要定期修改口令，这就加大了破译的难度。其次，要及时对软件进行升级，并对其进行修复。新的安全缺陷层出不穷，对其进行及时的补丁可以有效阻止攻击者对其进行攻击。其次，在加密的基础上对重要的资料进行加密传送，以保证资料的机密性与完整性。使用诸如数字证书之类的方法对软件进行身份认证。在软件开发中严格按照安全开发的要求进行。为了降低软件本身的安全性风险，要对其进行代码审核与安全性测试。同时，构建安全日志机制对重要的业务和事件进行记录，从而及时检测出系统的异常并追踪到问题所在。在此基础上，还应对系统的运行环境做好相应设置，将不需要的接口、服务全部关闭，以减少受到攻击的危险。同时，要重视软件的备份和恢复策略，以保证在受到攻击或者发生错误的情况下可以迅速恢复软件的功能和数据。

（三）通信安全保障

在工业物联网系统中，通讯安全性是一个非常关键的问题。首先，建立一个可靠的通讯协议以保证在传送的过程中能够对数据进行加密，以避免被盗取和篡改。比如，使用加密协议（如 TLS）来保证通信链路的安全性。其次，要加强通信接口的管理。仅打开必需的连接埠，设定存取权限，以降低可能被攻击的机会。在此基础上，提出了一种新型的通讯验证机制，使合法的终端、设备能够与之相连，从而有效阻止非法访问。再次，加强对网络的防火墙、 IDS的部署。防火墙能有效地抵御外来的恶意攻击，而 IDS则能对网络中的异常信息进行及时的发现和报警，从而实现对网络的安全保护。同时，对数据传输进行完整性检查也是必不可少的。采用特殊的运算法则，保证资料在传送前和传送后的一致性，并能即时侦测到资料的损毁或篡改。另外，还利用 VPN 建立保密信道，实现数据在专网内的传输，提高系统的隐私性。在此过程中，要对网络中的数据流进行实时监控与分析，从而及时检测出网络中存在的异常情况。

（四）身份认证与授权体系

身份认证和授权体系是整个工业物联网系统的关键。认证是为了保证只有一个合法的实体可以访问系统。认证方法包括生物测定法、数字证书法、口令法等。该系统采用了严格的认证流程，将合法用户与非法侵入者区别开来，从根源上保证了网络的安全性。同时，对终端设备自身也要有一个独特的标识，以保证其合法。而授权制度就是对使用者或装置进行验证后对使用者或装置所拥有的特定权限及使用范围进行更详细的界定。对职能进行细化分工，防止职权滥用；比如，一个操作员可以完成一个具体的动作，而一个管理员可以有更大的管理权力。这样的架构必须是灵活的、可伸缩的，并且可以根据企业的需要以及系统的改变来进行调整。同时，为了便于对其进行统一的管理和监督还需要构建一个统一的身份认证和权限管理平台。此外，还需要建立不同层次的验证与授权机制，例如，对关键业务或敏感数据需要对其进行更严格的验证。同时，要对认证信息及权限进行定期的审核与更新，以适应人员的变更及安全状况的改变。

（五）数据安全管理

首先，必须对资料进行严格的分类与评级。对各种资料的重要程度及敏感程度进行界定有利于有针对性地进行防护，进而为重要资料执行较高层次的密码及存取控制。数据存储的安全性是一个不容忽视的问题。使用可靠的储存媒体定期备份资料能有效避免资料遗失或损毁。与此同时，在保存的过程中还需要对其进行加密，在数据传送方面要通过使用保密的通讯协议和加密技术来确保在传送过程中数据不会被盗取或篡改。实时监测输电线路的运行状况能及时发现各种异常状况。其中，数据的利用与共享必须按照一定的程序与标准进行。只有被授权的个人或系统可以存取并使用指定的资料并对资料的整个使用过程进行记录以达到追踪的目的。在数据不使用的情况下应将其完全销毁，以防止剩余信息被还原和使用。此外，还要定期对网络中的数据安全性进行评价与审核，以发现网络中存在的安全隐患。最重要的是，要加强员工对资料安全的认识，促使其能够在日常工作中自觉遵守资料安全条例。

（六）安全监测与预警机制

安全监测与预警机制的建立能够实现对网络的实时监控。利用传感器、监控等手段对网络中的各类信息进行实时采集，以及时发现网络中存在的安全隐患。在此基础上，通过对监控数据的深度分析与挖掘，运用大数据分析方法与算法，发现网络中的异常行为模式与风险点。比如，当数据访问请求出现不正常、网络通信量突然增加时，就表明存在安全隐患。预警机制就是当发现不正常的时候会自动报警。通过语音提醒、短信提醒、系统弹出提示等各种方式保证有关人员能够在最短的时间内知道并做出相应的反应。在此基础上，提出了一种基于风险评估和风险评估的方法。在保证预警信息准确可靠的前提下防止虚假报警造成的干扰。对系统的安全监控与预警系统进行定期的评价与优化并针对系统的实际运营状况以及新的安全威胁不断地修正、改进。同时，也要与其他的安全手段进行合作，包括身份认证和访问控制等，从而构成一个完整的安全系统。在此过程中，相关人员要进一步细化预警后的反应程序，以保证有关人员能够快速有序地采取应急措施，如切断危险线路，做好数据备份，启动应急计划等。本项目的研究成果将极大地提升工业物联网中存在的安全隐患检测与处理能力，保证整个系统的稳定运行。

总结

对工业物联网终端的安全解决方案进行研究与设计，对提升其安全性具有积极促进作用。现阶段，工业物联网终端面临着以下多个安全风险，包括设备的盗窃和破坏、设备篡改和仿冒、漏洞攻击、窃取重要信息以及缺乏集中管理。为此，要求相关人员要针对工业物联网终端采取具有针对性的安全解决方案设计。通过设计中的硬件安全、通过终端硬件安全设计、制定软件安全策略、完善通信安全保障、建立身份认证与授权体系、开展数据安全管理以及构建安全监测与预警机制等多个措施，能够促进工业物联网终端安全解决方案的不断完善和升级。

参考文献：

[1]潘海标.物联网信息安全解决方案[J].大科技， 2019（4）.

[2]施昕昕，顾宇扬.基于MQTT协议的工业物联网数据采集和控制系统[J].南京工程学院学报：自然科学版， 2022（002）.

[3]孟庆志，刘庚.基于物联网技术的智能安全监测系统研究[J].科学技术创新， 2021（12）.