智慧农业物联网平台的信息安全防护机制构建与优化

引言

随着信息技术以及农业生产应用的日益加深，智慧农业物联网平台已经成为中国现代农业发展的重要技术支撑。平台采集传递并处理信息进行精准化的生产环境和农业生产管理。但是，在大规模应用中出现信息失密、篡改或者非法访问等现象，严重影响着平台运行以及农业的生产。因此，优化智慧农业物联网平台设计，可以更好地保护农业信息安全，帮助农业的现代化发展。

一、分层架构，筑牢安全防护体系

智慧农业物联网平台从感知层、传递层、平台层、应用层等多角度为智慧农业物联网构建全面的安全体系。为了保证传感网通信过程中所使用的传感器、摄像头等设备数据机密，使用一种简易密码算法及弹性密钥生成分配机制，利用其变化跳频的作用避免干扰信号并将其应用至基于身份加密模式中，以达到防范非授权节点入侵的效果。在传输过程中，建立端到端数据通道，结合使用 TLS1.3和 IPSecVPN 等方式保证数据在公共网络上的隐私保护能力，部署防 DDoS 攻击的流量过滤器，以免恶意使用网络带宽。作为数据分析的核心部分，平台层要使用零信任模式实现云平台上访问权限的即需即调，并连续采用校验机制进行数据校验，确保重要信息无误传送。在使用层面，要加强对智慧化决策系统可靠性和抗打击性的强化，采用数字水印标记数据产生源头，以免出现因错误或错误指令导致机器烧毁、异常开机现象的发生[1]。

智慧农业物联网平台要按照国家标准、《物联网安全体系建设指南》等有关标准进行规范，以保证体系结构的统一、可扩充。平台可以采用轻量级的安全协议栈，通过对SSL/TLS 握手过程的优化，降低终端端的密文运算代价。比如，利用边缘计算把一些数据处理任务下沉到农田节点，对临近数据源的区域进行初筛选和加密，以减少核心网络的传输压力和安全隐患。平台还将研究基于机器学习的网络安全策略动态更新机制，实现对可能存在的风险进行预测，并根据不同的网络环境，及时调整防火墙运行规则和检测门限，以应对网络环境中的安全威胁。

二、技术融合，强化数据全周期保护

智慧农业物联网平台要从信息的采集、传输、存储和分析等各个环节进行保护。在数据获取方面，利用差分隐私技术对土壤湿度和气象参数等原始数据进行减敏，去除个体识别信息并保持其统计特性，避免对农户种植方式的反向推断。在传输过程中，采用量子密钥分配的方法产生随机的加密密钥，通过量子不可复制的原则来保证密钥的安全，从而有效地解决现有 RSA 算法所面对的量子计算的威胁。在存储方面，需要建立一种分布式的存储结构，将数据分散地存放在多个物理上独立的结点上，并与存取控制表（ACL）相结合，实现细粒度的权限管理[2]。

在数据分析方面，需要引入联邦学习框架，使各合作机构能够在局部数据不跨地域的情况下，共同构建害虫早期预警模型，以解决因集中存储而导致的泄漏风险。本项目拟通过建立可靠的固件签名机制，保证终端只能够安装由厂商签署的升级包，以避免因恶意固件植入造成的设备被控制。同时，本项目拟研究基于同态加密的方法，实现数据 " 有用无形 "，为农业领域的专家系统提供无需解密的农作物生长模型，在保证用户隐私的前提下，提高数据的使用价值。

三、智慧监测，构建动态威胁感知网络

威胁感知系统需要将人工智慧和大数据分析技术相结合，由被动防御转向主动免疫。针对这一问题，基于深度学习的异常行为分析方法，通过对常规通讯方式基准的训练，实现对传感数据激增、设备重启频繁等异常行为的实时识别，并利用知识地图对其进行追踪，从而实现对被感染的节点的定位。比如，采用 LSTM 神经网络对灌区控制站的通讯日志进行分析，精确地识别出中间层的攻击特征，并对其进行有效的拦截。

情景感知平台需要融合多源安全数据，将网络拓扑、设备状态、攻击事件等重要信息以可视化方式展现出来，帮助运维人员进行快速决策。比如，通过导图来表示各传感节点之间的通讯关系，以深浅不同的颜色来识别各节点的安全级别，在发现有异常数据流时，会自动突出显示受灾区域，并启动自动应答脚本对危险装置进行隔离。同时，还需要构建农业主管部门、科研机构和企业等多方联动的安全信息共享机制，及时更新漏洞信息、攻击方式和防范措施，实现“技术保证——标准引导——市场推动”的良性循环。

四、协同共治，完善安全生态治理体系

智慧农业需要建立“技术—管理—人才”的合作治理架构。从制度上讲，要按照《网络安全法》、《数据安全法》等相关法律规范，建立农机物联网设备接入规范、数据分类分级等规范，明确各相关主体的安全责任。比如，在生产过程中，需要预先设定一个独特的装置识别码，禁止使用预设的口令，以减少系统的漏洞；针对农业大数据平台对农民个体数据的存储要求，需要对农户使用范围和保存时间的限定等问题[3]。

在人才培养上，需要促进产、学、用的深度结合，在高校中设置“农业物联网安全”的专业，课程体系包括了密码学、农业信息系统安全、智慧设备攻防技术等，从而为农业和安全培养出一批复合型的人才。企业需要建立完善的内部训练机制，并定期开展安全攻击和防御演习，提高操作人员的应变能力。比如，对智慧温室控制系统进行APT 攻击仿真，测试项目组在检测、分析和阻断攻击的整个过程中的效率。同时，构建信息安全专家库，为应对突发事件提供专门的技术支持。

结语

总之，为了保证数字农业的健康发展，需要建立和优化智慧农业物联网平台的安全保护机制，对网络进行全面的安全防护，从而保证整个网络的安全、可靠的运行。智慧农业物联网平台的研究成果将进一步提高我国农业信息化建设水平，为我国农业生产建设提供更为可靠的数字化支持。在今后的发展中，智慧农业物联网平台要不断加强新兴技术的运用，研究动态、智慧的保护方式，确保平台能够在复杂的环境和潜在的威胁下，始终保持高效率和高安全性。

参考文献

[1] 李利如 ， 张孟 . 智慧农业物联网平台的多场景应用 [J].中国农业资源与区划 ，2023，44（07）：116+128.

[2] 陆晶 ， 林雪琼 ， 陈雨 ， 杨佳 ， 宋俊慷 . 面向智慧农业的物联网监测系统设计 [J]. 科技风 ，2023，（14）：7-9+46.

[3] 杨发财 ， 伍永峰 ， 马玉娟 ， 程硕麒 ， 邓悦宁 ， 任乐 . 基于物联网的枸杞生长环境参数监测与信息获取系统 [J]. 长江信息通信 ，2022，35（02）：7-9.