Nghiên cứu và Ứng dụng Chiến lược Bảo mật Truyền thông cho Đồng hồ Thông minh

1. Các mối đe dọa an ninh đối với giao tiếp của đồng hồ thông minh

1.1 Mối đe dọa an ninh ở lớp vật lý
Mối đe dọa an ninh ở lớp vật lý đề cập đến các yếu tố làm hỏng hoặc can thiệp vào thiết bị phần cứng và kết nối vật lý của đồng hồ thông minh,直接影响其正常运行和数据传输。从设备损坏的角度来看，雷击、洪水和地震等恶劣自然环境可以直接破坏智能电表的硬件电路和结构，使其无法工作。例如，强大的雷电流可能会穿透内部电子元件，导致短路或损坏，从而影响能量计量和正常数据收集的准确性。恶意的人为行为，如未经授权的拆卸或物理冲击，也会损害电表的物理完整性。

1.2 Mối đe dọa an ninh ở lớp liên kết dữ liệu
Mối đe dọa an ninh ở lớp liên kết dữ liệu chủ yếu liên quan đến việc thay đổi khung dữ liệu và giả mạo địa chỉ trong quá trình truyền tải, có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và xác thực của dữ liệu. Việc thay đổi khung dữ liệu xảy ra khi kẻ tấn công chặn một khung dữ liệu ở lớp liên kết dữ liệu, thay đổi nội dung của nó, sau đó chuyển tiếp khung đã được thay đổi. Kẻ tấn công có thể thay đổi thông tin quan trọng như dữ liệu tiêu thụ năng lượng hoặc chi tiết người dùng vì mục đích bất hợp pháp. Ví dụ, họ có thể giảm bớt lượng điện tiêu thụ được ghi lại của một người dùng để giảm hóa đơn, gây tổn thất tài chính cho công ty điện lực.

1.3 Mối đe dọa an ninh ở lớp mạng
Mối đe dọa an ninh ở lớp mạng chủ yếu bao gồm tình trạng拥塞和中间人攻击，这两者都会严重影响智能电表通信网络的正常运行和数据传输。当数据流量超过网络容量时，就会发生网络拥塞，导致性能下降。随着智能电表数量和数据传输频率的增加，网络流量也随之增加。当带宽不足时，就会出现拥塞，导致传输延迟和数据包丢失，这会影响智能电表数据的及时性和准确性。在用电高峰期，大量电表同时上传数据可能导致拥塞，使得电力公司无法及时获得准确的使用信息，从而影响电力系统的调度和管理。

1.4 Mối đe dọa an ninh ở lớp ứng dụng
Mối đe dọa ở lớp ứng dụng chủ yếu tập trung vào việc rò rỉ dữ liệu và tấn công bằng phần mềm độc hại, trực tiếp ảnh hưởng đến quyền riêng tư của người dùng và an ninh hệ thống điện. Rò rỉ dữ liệu đề cập đến việc thông tin nhạy cảm như thông tin cá nhân của người dùng và bản ghi tiêu thụ năng lượng bị thu thập và tiết lộ cho bên thứ ba một cách bất hợp pháp. Mặc dù dữ liệu này rất quan trọng đối với quản lý công ty điện và tối ưu hóa lưới điện, nhưng việc phơi bày dữ liệu có thể dẫn đến vi phạm quyền riêng tư và spam. Kẻ tấn công có thể xâm nhập vào ứng dụng của đồng hồ thông minh để đánh cắp dữ liệu sử dụng và bán cho bên thứ ba để quảng cáo thương mại.

2. Nghiên cứu về chiến lược bảo mật giao tiếp đồng hồ thông minh

2.1 Công nghệ mã hóa
Mã hóa là phương pháp chính để đảm bảo an ninh giao tiếp của đồng hồ thông minh, bảo vệ tính bảo mật và tính toàn vẹn của dữ liệu trong quá trình truyền tải và lưu trữ. Các thuật toán mã hóa đối xứng, như AES (Advanced Encryption Standard), được sử dụng rộng rãi do tốc độ và hiệu quả cao. Trong giao tiếp của đồng hồ thông minh, AES có thể mã hóa dữ liệu thu thập sao cho chỉ người nhận dự định có khóa chính xác mới có thể giải mã. Ví dụ, khi đồng hồ thông minh gửi dữ liệu năng lượng đến máy chủ của công ty điện, AES sẽ mã hóa dữ liệu; máy chủ sẽ giải mã nó bằng cùng một khóa. Điều này đảm bảo rằng ngay cả khi bị chặn, dữ liệu vẫn không thể đọc được bởi kẻ tấn công mà không có khóa.

Các thuật toán mã hóa bất đối xứng như RSA đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi khóa an toàn. Do các bên giao tiếp có thể không chia sẻ chung một khóa ban đầu, cần có một phương pháp an toàn. Mã hóa bất đối xứng sử dụng khóa công khai (có thể được chia sẻ) và khóa riêng tư (được giữ bí mật). Trong trao đổi khóa, người gửi mã hóa khóa bằng khóa công khai của người nhận. Người nhận sau đó giải mã nó bằng khóa riêng tư của mình để lấy khóa thực sự.

2.2 Công nghệ xác thực
Xác thực đảm bảo tính hợp pháp của các bên giao tiếp và bao gồm xác thực người dùng và thiết bị. Xác thực người dùng xác minh danh tính của người truy cập vào đồng hồ, chỉ cho phép người dùng được ủy quyền hoạt động. Các phương pháp phổ biến bao gồm mật khẩu, vân tay và chứng chỉ số. Ví dụ, một người dùng đăng nhập vào hệ thống quản lý đồng hồ phải nhập tên người dùng và mật khẩu chính xác. Hệ thống so sánh đầu vào với thông tin lưu trữ và chỉ cấp quyền truy cập nếu chúng khớp. Mặc dù đơn giản, các phương pháp dựa trên mật khẩu có nguy cơ bị phơi bày. Bảo mật được tăng cường thông qua xác thực đa yếu tố, chẳng hạn như kết hợp mật khẩu với mã xác minh SMS.

2.3 Công nghệ kiểm soát truy cập
Kiểm soát truy cập quản lý và hạn chế quyền truy cập vào các tài nguyên trong hệ thống đồng hồ thông minh, chủ yếu thông qua Kiểm soát Truy cập Dựa trên Vai trò (RBAC) và Danh sách Kiểm soát Truy cập (ACL). RBAC phân bổ quyền dựa trên vai trò của người dùng. Trong hệ thống đồng hồ thông minh, các vai trò khác nhau có các trách nhiệm khác nhau: nhân viên bảo trì có thể cấu hình và bảo dưỡng đồng hồ, trong khi người dùng thường chỉ có thể xem dữ liệu sử dụng của riêng họ. Hệ thống cấp quyền truy cập theo tương ứng, ngăn chặn truy cập trái phép và tăng cường bảo mật.

2.4 Công nghệ kiểm toán an ninh
Kiểm toán an ninh giám sát và đánh giá tình trạng an ninh của hệ thống đồng hồ thông minh, chủ yếu thông qua ghi chép và phân tích nhật ký, cũng như phát hiện bất thường. Ghi chép nhật ký ghi lại các hoạt động và sự kiện khác nhau (ví dụ: đăng nhập người dùng, chuyển dữ liệu, trạng thái thiết bị). Phân tích các nhật ký này giúp nhận diện các hoạt động đáng ngờ như truy cập trái phép hoặc thay đổi dữ liệu. Ví dụ, nhân viên công ty điện có thể xem xét định kỳ các nhật ký để phát hiện và xử lý các rủi ro an ninh.

Phát hiện bất thường liên quan đến việc theo dõi dữ liệu hệ thống theo thời gian thực để nhận diện hành vi hoặc mô hình bất thường. Các kỹ thuật như học máy và khai thác dữ liệu có thể mô hình hóa hành vi bình thường và gắn cờ các sự sai lệch đáng kể. Ví dụ, nếu mức tiêu thụ năng lượng của một đồng hồ đột ngột tăng lên, hệ thống có thể kích hoạt cảnh báo, nhắc nhở nhân viên điều tra. Điều này cho phép phát hiện sớm các mối đe dọa tiềm tàng, đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống giao tiếp.

3. Kết luận
Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ lưới điện thông minh và môi trường giao tiếp ngày càng phức tạp, an ninh giao tiếp của đồng hồ thông minh tiếp tục đối mặt với nhiều thách thức. Những nỗ lực trong tương lai cần tập trung vào nghiên cứu và đổi mới thêm nữa trong các công nghệ an ninh, liên tục cải thiện các chiến lược an ninh để đối phó với các mối đe dọa đang tiến triển.