IIoT 的 PKI 证书标准

自成立之初，公钥基础设施 (PKI) 就保护了我们基于互联网的经济。从简单的网络浏览到复杂的电子商务，PKI 作为“信任的支柱”在全球范围内确保了互联网交易的安全。

但是明天的互联网呢？

信任和诚信是安全互联网的基础

到目前为止，互联网交易采用客户端-服务器模型，其中人类用户主要与网络服务器进行通信。在物联网 (IoT) 中，这种客户端-服务器模型分布广泛，其中设备与其他设备（机器对机器或 M2M）和云服务器（机器对云或 M2C）通信，无需人工干预。

当设备自主通信时，价值和风险都与我们赋予它们的信任程度直接相关。从这个意义上说，信任支撑着物联网在工业规模（称为工业物联网或 IIoT）上的巨大经济和社会承诺。归因于设备的信任决定了它通信的数据的完整性。想象一下胰岛素泵或心脏起搏器依赖于来自欺骗来源的数据的影响。因此，确保信任对于确保物联网的安全显得尤为重要。问题是，作为一个久经考验的开放标准，PKI 能在多大程度上提供帮助？

IIoT 安全和 PKI 证书

在 M2M 通信中，设备必须相互验证。这可以通过多种方式完成。

• 基于密码的身份验证——由于上市时间、成本和其他压力，物联网制造商通常会实施最简单的选项，即使用默认密码的用户名。密码广泛用于客户端-服务器应用程序中。虽然此选项最容易实现，但事实证明基于密码的身份验证过于简单，无法对抗当今黑客的诡辩。此外，由于 M2M 场景的自主性，密码身份验证可能不是一个合适的选择。物联网设备被破坏以创建物联网僵尸网络的安全漏洞利用了这一事实。
  
• 基于加密密钥的身份验证——许多嵌入式设备使用基于密钥的身份验证，其中密钥用作机密。加密密钥比密码更复杂、更强大。但是，密钥未经证明，可能会被欺骗和篡改，尤其是当设备容易受到物理访问的影响时，这在物联网用例中很常见。
  
• PKI 数字证书——PKI 数字证书进一步建立信任。PKI 中基于证书的身份验证使用公钥密码术，其中公钥由受信任的证书颁发机构 (CA) 签名。

由于其强大的信任模型，当今的许多安全社区都倾向于使用 PKI 来保护 IIoT。然而，PKI 证书相当耗费资源，这是资源受限 IIoT 设备的一个问题。颁发、管理和吊销证书也是高度扩展和自治的 IIoT 场景中的一个问题。

创新和发展传统 PKI 以适应 IIoT 中设备、数据和连接的大规模和多样性的压力很大。演进必须同时解决 PKI 证书标准和证书生命周期管理。

ITU-T X.509 证书

X.509 是使用最广泛的 PKI 证书标准。X.509 证书使用分层格式嵌入必要的信息来验证机器。每个证书都有一个有效期字段，以及由 CA 颁发的相关公钥。

由于广受欢迎，X.509 标准正在物联网设备和平台制造商中迅速采用。一些设备制造商安装了由制造商认证和签名的公钥/私钥对。当供应链上的各个供应商（例如，芯片组制造商、OEM 和设备所有者）添加各自的签名证书时，由此产生的信任链会显着提高设备的完整性和真实性。

X.509 证书的稳健完整性是以其大小为代价的，这是传感器、微控制器等低占用空间 IIoT 设备的主要缺点。除非加密密钥有足够的存储空间，并且有足够的功率和 CPU，否则实施X.509 证书可能会带来挑战。

IIoT 的 IEEE 1609.2 证书

IEEE 1609.2 证书是满足工业物联网独特要求的新兴标准。1609.2 证书的大小是 X.509 的一半。IEEE 1609.2 使用椭圆曲线加密 (ECC) 算法，在不牺牲加密强度的情况下减少了计算开销。

目前，1609.2 标准主要由美国交通部 (USDOT) 主导，旨在为其联网车辆计划建立信任模型。它解决了在拥挤、低带宽环境中特定于移动端点的各种限制。

IEEE 1609.2 证书支持证书信任链和​​点对点证书分发，这与车联网 (V2X) 相关——包括车对车 (V2V)、车对基础设施 (V2I)等——通讯。对于一般的 M2M 场景，涉及一对多和多对一的数据传输，1609.2 证书很有用。但是，它们不适合持久安全会话。

最后的想法

由于公共互联网和企业 IT 应用程序使用服务器身份验证，因此 PKI 最初设计为仅向 Web 服务器颁发证书。所需的证书数量较少，证书颁发机构也很少。

在 IIoT 中，传统的 PKI 方案已被完全破坏。为防止与恶意端点进行未经授权的通信，通信设备端点必须相互验证。尽管证书可以提供一种强大的相互身份验证方式，但它要求每个设备都有自己的证书。随着 IoT 设备的数量扩展到数百万，证书的数量也在增加。因此，传统 PKI 证书的手动配置和管理无法扩展到 IIoT。目前，许多更新的证书管理方式正在涌现，以减轻采用 PKI 的复杂性。

但是，无论是设计芯片、电子板还是设备，谈到信任模型，我们都不能忽视PKI。作为一个完善的、可互操作的信任框架，我们的重点应该是解决 PKI 证书的任何缺点，而不是完全绕过它们。

Sravani Bhattacharjee 担任数据通信技术专家已有 20 多年。她是《实用工业物联网安全》一书的作者，这是第一本关于工业物联网安全的书籍。直到 2014 年，作为思科的技术领导者，Sravani 领导了多个企业云/数据中心解决方案的架构规划和产品路线图。作为 Irecamedia.com 的负责人，Sravani 目前与工业物联网创新者合作，通过制作各种编辑和技术营销内容来推动意识和业务决策。Sravani 拥有电子工程硕士学位。她是 IEEE 物联网分会的成员、作家和演讲者。

审核编辑黄宇