物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是新興技術，是對傳統(tǒng)Internet的擴展，它使所有帶有射頻識別（RFID），傳感器或GPS等功能的物體相互連通。

IoT安全問題頻發(fā)，但是從攻擊者的角度來看，用來評估物聯(lián)網(wǎng)安全性的方法卻很少。到目前為止，滲透測試已廣泛應用于評估傳統(tǒng)的Internet或系統(tǒng)安全性，但通常需要花費大量成本和時間。

下面，我們針對物聯(lián)網(wǎng)的安全問題，提出一種基于BDI模型的滲透測試方法及其自動化，以評估物聯(lián)網(wǎng)的安全性。

1  什么是IoT？

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是1999年由麻省理工學院（MIT）提出；這段特殊的時期預示著重要的新一代信息技術的出現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)被認為是交易的延伸附加互聯(lián)網(wǎng)，便于信息通信傳遞。具有識別位置，跟蹤信息，監(jiān)視射頻識別的數(shù)據(jù)管理（RFID），傳感器或GPS等功能。

根據(jù)現(xiàn)有的文獻，物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構包括三層：應用層，網(wǎng)絡層和感知層。

• 應用層為用戶提供在不同的場景中的服務。

• 網(wǎng)絡層負責信息的傳輸和處理。

• 感知層收集信息并識別對象。（包括各種硬件終端例如RFID，傳感器，GPS等）

目前，物聯(lián)網(wǎng)的使用技術已應用于各種領域，例如智能網(wǎng)格，智能交通，智慧城市，智能家居，智能醫(yī)療保健，體育鍛煉和智能建筑。然而，由于安全事件不斷頻發(fā)，引起業(yè)界的廣泛關注，特別是安全方面。

滲透測試是常見提高安全能力方法之一，通過模擬真實攻擊來保障安全性。根據(jù)PTES（滲透測試執(zhí)行標準），滲透測試的過程包括交互，信息收集建模，Vul-可行性分析，開發(fā)，后期開發(fā)等。滲透測試旨在提高系統(tǒng)的安全性，而不是為了破壞，不會影響目標系統(tǒng)的可用性。

越來越多的公司和組織開始利用此方法來識別和解決系統(tǒng)中潛在的漏洞，以防止在未來出現(xiàn)重大紕漏。但是，大部分IoT安全研究都側(cè)重于分析，防御或攻擊特定設備。

雖然滲透測試是一種非常受歡迎的方法，但是該過程需要花費大量的費用和時間。但是，滲透測試自動化可以科學的提高效率。

2  物聯(lián)網(wǎng)的安全性

與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有特殊的特征，三層結(jié)構會導致更多的漏洞出現(xiàn)。在物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構中，每一層都有特定的安全性問題，其中一些類似于傳統(tǒng)網(wǎng)絡。本節(jié)分析每個人的安全性問題層。

A.  感知層安全

感知層，也稱為識別層或物理層，是從現(xiàn)實世界中收集信息，通過RFID將這些信息集成到數(shù)字世界中（比如：傳感器，GPS和其他硬件設備）。感知層中的節(jié)點一般是低功率，計算能力受限，低存儲空間和重復使用。

所以，感知層并沒有采用傳統(tǒng)的信息安全解決方案。從每個感知層網(wǎng)絡到節(jié)點，特定的安全問題會導致更多漏洞和攻擊面出現(xiàn)。例如，節(jié)點是容易遭到竊聽，欺騙，克隆，killing，干擾和屏蔽攻擊等。

B.  網(wǎng)絡層安全

網(wǎng)絡層負責傳輸應用層和感知層之間的信息。網(wǎng)絡層是各種網(wǎng)絡架構的組合，包括互聯(lián)網(wǎng)，移動通信網(wǎng)絡，衛(wèi)星，GSM網(wǎng)絡，GPRS，3G，4G，WIFI網(wǎng)絡等。

這些網(wǎng)絡的安全性問題與傳統(tǒng)的相似，容易受到DDoS、中間人、數(shù)據(jù)篡改、數(shù)據(jù)重放和信號干擾等攻擊。此外，混合不同的網(wǎng)絡架構也可能帶來新的安全問題。

C.  應用層安全

應用層為用戶提供了多種服務，例如：智能電網(wǎng)，智能交通，智慧城市，智能家居，智能醫(yī)療保健和智能建筑等。物聯(lián)網(wǎng)可以通過各種平臺訪問，用戶可以通過在不同平臺上的應用程序來實現(xiàn)相應的功能。例如：計算機，移動設備或智能硬件設備。

應用層（與其他層類似）的安全風險取決于物聯(lián)網(wǎng)場景的攻擊漏洞（例如攻擊緩沖區(qū)溢出，SQL注入，XSS，密碼攻擊和社會工程攻擊）。

3  PENETRATION測試

基于已建立的物聯(lián)網(wǎng)特定安全問題研究和OWASP的物聯(lián)網(wǎng)攻擊項目，我們能夠分析出，傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)滲透測試與當前物聯(lián)網(wǎng)滲透測試的區(qū)別在于感知層。

我們將物聯(lián)網(wǎng)滲透測試的過程分為四個階段：

1）信息搜集

2）分析

3）開發(fā)

4）報告

A.信息收集

初始階段的信息收集是一個關鍵步驟，通過探測所有三個物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構層（感知、網(wǎng)絡和應用）的信息來確定滲透測試的成功。

1） 感知層：在感知層，收集有關物理環(huán)境的各種信息，比如節(jié)點的位置、節(jié)點的類型、節(jié)點的范圍、類型連接方式、通信協(xié)議類型、拓撲結(jié)構節(jié)點、節(jié)點操作系統(tǒng)的類型、節(jié)點的電源、安全機制、節(jié)點漏洞和傳播協(xié)議漏洞等。

工具示例包括：

? Hardware Bridge API：用于物聯(lián)網(wǎng)滲透測試。

? Nmap：開源免費工具，掃描網(wǎng)上電腦開放的網(wǎng)絡連接端。

? Openvas：開放式漏洞評估系統(tǒng)，也可以說它是一個包含著相關工具的網(wǎng)絡掃描器。

? Nessus：目前全世界最多人使用的系統(tǒng)漏洞掃描與分析軟件。

2） 網(wǎng)絡層：在網(wǎng)絡層，利用網(wǎng)絡攻擊工具（如著名的wirelessatck套件、aircack）采集與傳統(tǒng)滲透測試類似的網(wǎng)絡類型、連接類型、安全機制、通信類型和傳輸協(xié)議漏洞等信息是非常關鍵的。

3） 應用層：盡管物聯(lián)網(wǎng)被廣泛用于 各種應用場景，應用層信息收集類似于傳統(tǒng)的信息收集。它是對于收集有關操作系統(tǒng)類型，端口，服務信息，訪問控制類型，配置Nmap提供的信息和漏洞信息，vas，Nessus等等。

4） 社會工程信息：用來改善滲透測試性能，社會工程學信息也需要收集。例如，DNS信息，電子郵件列表，應用程序信息等。Dnsenum和Fierce以收集DNS信息而聞名，我們可以通過Harvester收集電子郵件列表。

B.分析

在分析階段，必須對目標的相關信息進行組織、分析，隨后識別出目標的攻擊路徑，并嘗試獲得目標的訪問權限，通常需要對實驗環(huán)境進行有效性檢查。

C.開發(fā)

在此階段，將把分析階段已經(jīng)分析出來的可行的攻擊路徑和規(guī)劃進行真正的攻擊。在滲透測試期間，將禁止DDoS攻擊，以確保目標的可用性。

1）感知層：感知層物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的特性決定了對感知層的攻擊的方法，是傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)滲透測試與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)滲透測試不同的原因。特定攻擊可由硬件橋接API或IoTseeker形成，包括：

? 略讀：非法讀取節(jié)點信息。

? 竊聽：嗅探節(jié)點之間的信息路由器。

? 欺騙：生成偽造的節(jié)點數(shù)據(jù)。

? 克?。?/span>克隆偽節(jié)點。

? 殺死：竊取并破壞節(jié)點。

? 緩沖區(qū)溢出w攻擊節(jié)點。

? 節(jié)點上的訪問控制攻擊：IoTseeker打破了IoT設備的默認密碼。

2） 網(wǎng)絡層：網(wǎng)絡層上的攻擊，包括網(wǎng)絡流量嗅探器，信號重放，信號偽造，并在不同的網(wǎng)絡通信中劫持信號WIFI，3G，4G，GSM，藍牙和通過無線攻擊Aircrack-ng等。攻擊的內(nèi)容如下：

? 網(wǎng)絡流量嗅探器：sniffer之間的信息網(wǎng)絡。

? 信號重放：重放信息以進行攻擊目標。

? 假信號：生成信息來進行攻擊目標。

? 信號劫持：干擾目標網(wǎng)絡并強制將目標節(jié)點連接到可控制的偽造網(wǎng)絡上。

3） 應用層：對應用層的攻擊與傳統(tǒng)的滲透測試非常相似，包括Web應用程序攻擊，軟件緩沖區(qū)溢出攻擊，密碼攻擊等。使用的工具有：

? Metasploit：最受好評的滲透測試框架包括成千上萬的漏洞利用加載。

? W3af：Web應用程序攻擊框架。

? John the Ripper：密碼破解。

4）社會工程攻擊：社會工程攻擊是指針對那些缺乏安全意識的普通民眾。假如，員工可以通過向它們啟用對目標的訪問特權并進一步的進行滲透測試。執(zhí)行此類攻擊的能力需要Setoolkit，它是滲透測試領域最著名的工具，由社會工程攻擊工具組成。

D.報告

一個成功的滲透測試模擬會發(fā)現(xiàn)漏洞，其中的細節(jié)將被處理，并隨后向目標所有者報告，以提高未來的安全性。

通過模擬滲透測試的流程，我們會從中發(fā)現(xiàn)某系統(tǒng)或應用平臺的漏洞。通過對流程中的信息進行分析評估總結(jié)，形成最終的測試報告，以提高系統(tǒng)的安全性能。

4  BDI模型的自動化

滲透測試的成功需要一套完整的目標和計劃。為了實現(xiàn)自動化，BDI是解決這一問題的理想模型，因為它能夠在滲透測試中通過感知和動作與目標進行交互。

我們可以使用BDI模型為物聯(lián)網(wǎng)滲透測試進行建模。BDI模型描述了在滲透測試期間如何選擇與目標信息相關的操作，此過程分為三個邏輯成分：信念、愿望和意圖。我們的模型遵循Jason解釋器，這個模型是基于過程推理系統(tǒng)（PRS）。

BDI代理定義為“元組”< Ag，B，D，I，P，A，S >

? Ag是代理名稱；

? B是一個信念集，代表有關目標，并在執(zhí)行操作后將其更新；

? D是一個愿望集，代表所有選項或可能的滲透測試候選計劃代理商

? I是一個意圖集，代表代理商的目標或代理商決定執(zhí)行的計劃。

? P是一個計劃集，由可用計劃組成，每個計劃提供有關如何達到的信息ve的目標。

? A是一個操作集，其中包括可以執(zhí)行的代理操作。

? S是一個感知集，它存儲了來自環(huán)境的各種信息。

5  驗證

我們通過仿真對物聯(lián)網(wǎng)進行自動化滲透測試實驗

我們的模型運行在具有2.3 GHz，I5 CPU和8GB的RAM的PC上。如所示，

模擬實驗代表BDI代理和三層物聯(lián)網(wǎng)在Jason中使用內(nèi)部溝通動作，來模擬BDI模型與物聯(lián)網(wǎng)。我們的模型是在AgentSpeak Jason中實現(xiàn)的，這是一種多代理系統(tǒng)編程語言。

A.  物聯(lián)網(wǎng)目標

我們將物聯(lián)網(wǎng)目標信息預先定義為三層，包括服務和相應的漏洞能力，如所示：

該信息存儲在信念集中，三個物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構層的仿真需要創(chuàng)建4個代理，分別表示應用層和網(wǎng)絡層，以及感知層中的兩個節(jié)點。

網(wǎng)絡層負責應用層和感知層之間的信息傳輸此外，為了使場景不確定，我們使用隨機數(shù)來確定攻擊的結(jié)果。

B.  BDI代理

在BDI代理中，特權的默認值是none，初始目標是應用層中的root特權或控制IoT。我們在前一節(jié)描述的物聯(lián)網(wǎng)滲透測試的基礎上，預先定義了對三層代理進行信息和攻擊的探測計劃，例如，BDI代理可以探測操作系統(tǒng)類型、端口、服務、漏洞信息和網(wǎng)絡類型，還可以執(zhí)行密碼攻擊、嗅探攻擊，重放攻擊和緩沖溢出攻擊。模擬實驗是由Jason的內(nèi)部動作完成的

Jason代碼如下所示：

+!probe information: true<?.send(agent name, askAll, information type(value)).

+!attack action: true<?.send(agent name, tell, attack action)

C.模擬

通過對應用層的失敗攻擊和對網(wǎng)絡層和感知層的成功攻擊，說明了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)滲透測試系統(tǒng)與當前物聯(lián)網(wǎng)滲透測試系統(tǒng)的不同。成功獲得了操作系統(tǒng)類型、端口、服務、網(wǎng)絡類型、網(wǎng)絡安全和漏洞三個層次的基本信息。

顯示了BDI模型對物聯(lián)網(wǎng)進行滲透測試的過程：

此外，BDI代理成功地破解了SSH password，并獲得了用戶權限。

由于隨機性較低，無法執(zhí)行本地緩沖區(qū)溢出攻擊以獲取根權限。由于對每一層之間的信息傳輸缺乏安全保護，BDI代理成功地執(zhí)行了Sniffertack。

可以獲得有關光傳感器和光控制指令的必要信息，BDI代理收集并存儲在信念集中的信息如圖5所示：

“turn on the light”命令和光傳感器信息在應用程序和網(wǎng)絡層之間傳輸，顯示在網(wǎng)絡層的信念集中。感知層的基本信息和值包含在圖7所示的應用層代理的信念集中:

我們假設光傳感器的值是40。在感知層，兩個代理分別代表光和光傳感器，我們的BDI代理可以根據(jù)光傳感器信息和光控制指令執(zhí)行重放攻擊

6  結(jié)論

在本文中，我們首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念和滲透測試。其次，我們討論了安全性物聯(lián)網(wǎng)的概念，并描述了其安全功能。我們提出了一種方法來執(zhí)行滲透測試物聯(lián)網(wǎng)，引入了特殊的專用tools。然后，進行效率上的改善。

我們使用BDI模型來實現(xiàn)其自動化，最后，我們通過模擬實驗來驗證我們的工作。在未來的研究中，我們將擴展模型進行更多操作并在實際環(huán)境中進行實驗。