智能IoT固件安全研究样本库的设计与实现

随着物联网设备的爆发式增长,人们对物联网设备的安全性也愈发重视,大量研究人员对物联网设备的安全性进行研究。为了给物联网固件安全研究提供分析和实验样本,本文广泛搜集、整理了主流物联网厂商的设备固件,设计了固件信息分析与提取方法对收集的固件进行处理,最后使用Django开源Web应用框架实现了可视化的固件样本管理系统,为相关物联网固件安全研究提供有力支撑。     

嵌入式设备固件仿真器综述

随着物联网(IoT)技术的发展,嵌入式设备面临更加严峻的安全威胁,特别是嵌入式设备漏洞严重影响物联网产业的安全发展.但受限于嵌入式设备自身硬件资源的限制,通用计算机系统常用的动态漏洞检测技术,例如模糊测试难以直接应用到嵌入式设备上.因此,近年来嵌入式设备固件仿真技术成为学术界的研究热点,通过对嵌入式设备硬件依赖的仿真或替换,可以将模糊测试、符号执行等通用高效漏洞检测技术应用于嵌入式设备.围绕最新嵌入式设备仿真技术,搜集整理近年来国际顶级学术论文,对相关研究成果进行归纳、总结.基于采用的仿真技术和衍生关系进行分类介绍,然后对这些固件仿真器进行评估和细化比较,为使用者选择固件仿真器提供技术参考.最后,根据当前嵌入式设备固件仿真器的现状,提出固件仿真器的挑战和机遇,对固件仿真器的研究进行了展望.     

HA2:层次化的物联网感知设备固件异常分析技术

物联网底层一般包含大量的感知终端,这些设备是物联网应用与服务的基础。然而,由于在计算、存储、传输带宽等资源上的限制,感知设备固件程序运行时可获得状态非常有限,一旦这些设备出现异常,相关人员往往缺乏足够的手段对其开展分析。针对这一问题,提出一种层次化的物联网感知设备固件异常分析技术（Hierarchical Anomaly Analysis,HA2）。该方法以物联网感知节点程序静态结构及动态运行轨迹特征为基础,借助一分类支持向量机和统计推断方法,可以实现区间、任务和函数三个层次的异常检测,并生成相应的异常分析报告。实验表明该方法与现有方法相比,在收集异常分析特征方面具有较小的存储及运行开销。开源代码库中的缺陷实例分析表明,与现有方法相比HA2的层次化异常分析报告可以大大缩小异常分析范围,为用户分析、修复异常提供有效帮助。     

面向新攻击面的物联网终端固件安全威胁模型

物联网终端的显著特点是对外部世界进行感知与控制,但是传统安全威胁分析模型无法有效评估来自外部的攻击数据对物联网终端固件造成的危害。将新攻击面引入的攻击数据作为分析对象,通过对攻击数据在固件中的完整传播路径和交互过程进行建模,构建面向新攻击面的物联网终端固件安全威胁模型FSTM,从而分析物联网终端固件所面临的潜在威胁。分析结果表明,FSTM模型能有效描述物联网与物理世界紧耦合、与业务强相关的特性,为面向新攻击面的物联网终端安全检测技术研究提供理论指导。     

物联网设备识别及异常检测研究综述

随着物联网技术的发展,物联网设备广泛应用于生产和生活的各个领域,但也为设备资产管理和安全管理带来了严峻的挑战.首先,由于物联网设备类型和接入方式的多样性,网络管理员通常难以得知网络中的物联网设备类型及运行状态.其次,物联网设备由于其计算、存储资源有限,难以部署传统防御措施,正逐渐成为网络攻击的焦点.因此,通过设备识别了解网络中的物联网设备并基于设备识别结果进行异常检测,以保证其正常运行尤为重要.近几年来,学术界围绕上述问题开展了大量的研究.系统地梳理物联网设备识别和异常检测方面的相关工作.在设备识别方面,根据是否向网络中发送数据包,现有研究可分为被动识别方法和主动识别方法.针对被动识别方法按照识别方法、识别粒度和应用场景进行进一步的调研,针对主动识别方法按照识别方法、识别粒度和探测粒度进行进一步的调研.在异常检测方面,按照基于机器学习算法的检测方法和基于行为规范的规则匹配方法进行梳理.在此基础上,总结物联网设备识别和异常检测领域的研究挑战并展望其未来发展方向.     

物联网设备安全检测综述

目前,物联网（Internet of things, IoT）设备已广泛应用于人们的日常生活,其安全性与个人、企业甚至国家密切相关. IoT设备重要性提高的同时也招致越来越多的攻击.为应对IoT设备所面临的安全挑战,各国各地区已制定众多和IoT设备安全相关的法律法规、安全测评及认证标准.对该领域现有的研究状况进行了归纳与整理,首先从IoT设备面临的安全威胁出发,按照层次逻辑划分探讨针对IoT设备的不同攻击面,并在此基础上对现有的安全法律法规、安全测评及认证现状进行分析、总结,重点从芯片木马检测、接口安全风险检测、无线协议安全风险检测、固件风险检测及应用与服务安全风险检测5个方面对Io T安全风险检测前沿技术进行研究,并在最后对该领域未来可能的发展方向进行了总结和展望,以期为我国未来IoT设备产品的安全发展提供参考和帮助.     

基于Augur的交易者身份管理方案研究

随着物联网应用的快速发展,其安全问题也引起越来越多的关注.由于物联网设备众多,且信任机制缺失,物联网设备安全问题日益突出.区块链技术成为可能的解决途径.利用区块链技术的安全机制,物联网可以建立一套可信的加密系统,从而维护数据的安全.为探索如何利用区块链技术解决物联网设备安全问题,一个可行的解决方案是探索区块链应用的身份管理方案.本文通过对区块链应用Augur的身份管理技术进行研究,探索区块链应用的身份管理方案以及潜在风险,并针对Augur的身份管理方案潜在风险和设计缺陷攻击提出了一个基于信誉评估的安全解决方案.该方案选取了6个信誉指标和3种信誉计算方法,为交易者选择有效市场及其他Augur交易活动提供信誉依据.最后本文利用3个指标检验3种方法针对不同用户类型的评估准确度,为评估方法的选择提供了依据.     

物联网感知设备安全检测研究

物联网安全与隐私问题直接关系到物联网的深化应用和安全健康发展。首先,本文分析当前物联网感知设备的安全威胁和安全技术要求,并给出了感知设备安全检测指标体系;其次,通过物联网感知设备安全检测平台实现对感知节点设备安全技术符合性检测。     

二进制代码相似度分析及在嵌入式设备固件漏洞搜索中的应用

在当今“万物互联”的时代,嵌入式系统逐渐成为接入云端的重要组件,常用于安全和隐私敏感的应用或设备中.然而,其底层软件（即固件）也在频繁遭受着安全漏洞的影响.由于嵌入式设备底层硬件平台的复杂异构,软硬件实现差异较大,且其专用性强、源码/文档等往往不会公开,加之其运行环境受限等原因,使得一些在桌面系统上运行良好的动态测试工具很难（或根本不可能）直接适配到嵌入式设备/固件环境中.近年来,研究人员逐渐开始探索基于二进制相似度分析技术来检测嵌入式设备固件中存在的已知漏洞,并且取得了较大的进展.围绕二进制代码相似度分析面临的关键技术挑战,系统研究了现有的二进制代码相似度分析技术,对其通用流程、技术特征、评估标准进行了综合分析和比较;然后分析并总结了现有二进制代码相似度分析技术在嵌入式设备固件漏洞搜索领域的应用;最后,提出了该领域应用仍然存在的一些技术挑战及未来的一些开放性的研究方向.     

面向物联网设备固件的硬编码漏洞检测方法

随着物联网设备的普及,越来越多有价值的数据产生,依托物联网设备进行大数据分析和挖掘是近年来学术界和工业界关注的热点问题。然而,由于缺乏必要的检测和防护手段,很多物联网设备存在严重的信息安全隐患。特别地,设备硬编码信息与系统加解密、身份认证等功能密切相关,可为核心数据提供机密性保障,一旦被恶意攻击者利用,会产生敏感信息泄露、后门攻击、非授权登录等严重后果。针对该问题,在研究物联网设备中硬编码漏洞表现特征的基础上,提出了一种可执行文件中多类型字符识别定位和硬编码漏洞检测方法。首先,提取固件内容并筛选所有可执行文件作为待分析源,提出特殊格式字符、外部文件引用、密码实现3类硬编码字符的识别与定位;然后,根据函数调用关系对硬编码字符所在函数进行可达性分析,采用中间表示IR模型消除指令异构性,并利用数据流分析方法确定字符型和参数型硬编码值;最后,设计符号执行方法确定硬编码漏洞的触发条件,最终输出漏洞检测结果。一方面,所提方法在利用中间表示模型的基础上引入了符号执行的方法,消除了指令架构依赖性,减少了漏洞误报率;另一方面,该方法可融合字符、文件、密码实现3类硬编码字符的不同特征表现,增加了漏洞检测的覆盖范围,提升了检测方法的通用性。实验结果表明,所提方法可有效检测多种物联网设备中的字符、文件、密码3类硬编码漏洞,具有较好的检测精度,可为后续安全防护技术的部署提供一定指导。     

Detecting Vulnerability on IoT Device Firmware: A Survey

Internet of things (IoT) devices make up 30% of all network-connected endpoints, introducing vulnerabilities and novel attacks that make many companies as primary targets for cybercriminals. To address this increasing threat surface, every organization deploying IoT devices needs to consider security risks to ensure those devices are secure and trusted. Among all the solutions for security risks, firmware security analysis is essential to fix software bugs, patch vulnerabilities, or add new security features to protect users of those vulnerable devices. However, firmware security analysis has never been an easy job due to the diversity of the execution environment and the close source of firmware. These two distinct features complicate the operations to unpack firmware samples for detailed analysis. They also make it difficult to create visual environments to emulate the running of device firmware. Although researchers have developed many novel methods to overcome various challenges in the past decade, critical barriers impede firmware security analysis in practice. Therefore, this survey is motivated to systematically review and analyze the research challenges and their solutions, considering both breadth and depth. Specifically, based on the analysis perspectives, various methods that perform security analysis on IoT devices are introduced and classified into four categories. The challenges in each category are discussed in detail, and potential solutions are proposed subsequently. We then discuss the flaws of these solutions and provide future directions for this research field. This survey can be utilized by a broad range of readers, including software developers, cyber security researchers, and software security engineers, to better understand firmware security analysis.      

嵌入式设备固件安全分析技术研究

随着嵌入式设备的种类和数量的增加,设备之间日益增长的互联互通、制造商对安全的忽视、设备固件更新不及时或难以更新等,使得嵌入式设备的安全受到了严峻的考验,越来越多的设备漏洞被披露.但由于嵌入式设备种类繁多、专用性强、源码或设计文档往往不公开、运行环境受限等诸多因素的影响,通用漏洞挖掘技术无法直接适配.近年来,国内外安全专家和学者针对嵌入式设备及其固件的安全分析和测评技术提出了很多切实可行的解决方案,但缺乏详细和全面介绍最新安全研究成果的论文,使得安全分析人员难以系统地了解嵌入式设备及其固件安全分析技术的研究进展.本文围绕着当前嵌入式设备固件面临的安全风险,分析和总结了国内外最新的研究成果,并对相关安全技术进行了综合分析和评估.首先对嵌入式设备及其固件的表现形式、分类及获取方法、面临的安全攻击层面以及自动化解析情况进行了深入研究.然后,对嵌入式设备固件安全分析技术进行了细化分析,从静态分析、符号执行、二进制漏洞关联、动态分析平台和模糊测试等五个方面进行了详细分析和横向评估.最后对未来的研究方向进行了展望.     

Blockchain-based secure firmware update for embedded devices in an Internet of Things environment

Embedded devices are going to be used extremely in Internet of Things (IoT) environments. The small and tiny IoT devices will operate and communicate each other without involvement of users, while their operations must be correct and protected against various attacks. In this paper, we focus on a secure firmware update issue, which is a fundamental security challenge for the embedded devices in an IoT environment. A new firmware update scheme that utilizes a blockchain technology is proposed to securely check a firmware version, validate the correctness of firmware, and download the latest firmware for the embedded devices. In the proposed scheme, an embedded device requests its firmware update to nodes in a blockchain network and gets a response to determine whether its firmware is up-to-date or not. If not latest, the embedded device downloads the latest firmware from a peer-to-peer firmware sharing network of the nodes. Even in the case that the version of the firmware is up-to-date, its integrity, i.e., correctness of firmware, is checked. The proposed scheme guarantees that the embedded device’s firmware is up-to-date while not tampered. Attacks targeting known vulnerabilities on firmware of embedded devices are thus mitigated.     

网络空间物联网信息搜索

本篇论文总结和分析了网络空间物联网信息搜索相关研究工作,作为物联网信息搜索的综述性工作。物联网信息是网络空间中最重要的资产,在各个领域行业发挥着越来越重要的作用。探测、发现和识别网络空间中的物联网信息,已经成为了保障网络空间关键基础设施安全的前提和有效手段。本文,首先提出了网络空间物联网信息搜索的基本架构。其次,论文讨论了四类典型物联网信息的相关研究工作,包括操作系统信息、应用服务、设备种类和标识信息。网络空间存在着海量、动态和异构的物联网信息,本文总结和分析了物联网信息搜索关键技术的研究,包括探测技术和识别技术。最后,论文探讨了两类基于物联网信息搜索的应用,包括互联网空间测量和大规模安全事件分析。     

基于区块链的物联网认证机制综述

随着物联网(Internet of Things, IoT)技术的高速发展,各类智能设备数量激增,身份认证成为保障IoT安全的首要需求.区块链作为一种分布式账本技术,提供了去信任的协作环境和安全的数据管理平台,使用区块链技术驱动IoT认证成为学术界和工业界关注的热点.基于云计算和云边协同两种架构分析IoT身份认证机制设计的主要需求,总结区块链技术应用于IoT场景面临的挑战;梳理现有IoT身份认证机制的工作,并将其归结为基于密钥的认证、基于证书的认证和基于身份的认证;分析应用区块链技术的IoT认证工作,并根据认证对象和附加属性对相关文献进行归纳和总结.从形式化和非形式化两个方向总结基于区块链的IoT认证机制的安全性分析方法.最后展望了未来研究方向.     

IoT设备程序同源性智能检测技术综述

IoT设备与各行业的深度融合方兴日盛,使得IoT程序快速开发的需求不断增长。开发者习惯于集成第三方库或常用代码。不幸的是,若这些代码中隐藏着潜在的漏洞,那他们也会被扩散到不同的程序中,为其大规模扩散创造了条件。这也是造成近年来IoT设备群体性安全事件频发的重要原因之一。为了降低危害,发现具备相似漏洞的程序并进行相关的处置是一个有效的方法。同源性分析作为挖掘程序间关联关系的重要手段之一,可高效地实现程序漏洞的智能溯源取证。结合机器学习和深度学习技术,它表现出解决大规模程序安全性检测的巨大潜力。然而,IoT设备的软硬件特点仍使得该技术的使用面临挑战。当前已有诸多方案在IoT设备程序的同源性智能检测方面取得了进展。因此,本文将系统性回顾近年来相关技术研究的成果,将他们分为相似性分析和创作者归属技术。首先,我们介绍了两种方式的数据来源。接着,检测过程中涉及的特征选择、特征表示以及相对应的检测方法也被依次介绍。进一步的,本文不仅比较和总结了方案的特点和局限性,还对他们在不同类型IoT设备程序的适配性进行了对比分析。最后,文章针对IoT程序分析提出了一些研究建议。作者希望本综述可为研究者阐明这些工作的核心技术点,并为他们在IoT设备上的进一步应用提供启发。