رویکردی جدید بر روش های افزایش امنیت در خانه های هوشمند IOT

در دهه های اخیر با به وجود آمدن شبکه های اجتماعی گوناگون، دولت الکترونیک و … نیاز و رغبت مردم به استفاده از اینترنت به شکل زیادی افزایش یافته است. از این رو دولت ها، شرکت ها و سازمان ها سعی بر این دارند تا بسیاری از خدمات خود را از طریق وب و از راه دور در اختیار مشتریان خود قرار دهند. شاید اگر میزان تولید داده ها در سراسر وب را با دهه های پیشین مقایسه کنید بر این امر نائل خواهید آمد که جهان امروز بر اینترنت و وب استوار است. از این رو پس از به وجود آمدن گوشی ها، تلویزیون ها، خودروهای هوشمند و … اکنون نوبت به سیستم امنیتی خانه هوشمند خانه های هوشمند و پس از آن شهرهای هوشمند رسیده است.

 

 

 

در خانه های هوشمند تمامی تاسیسات و وسایل خانه از راه دور و از طریق یک وسیله متصل به اینترنت مدیریت می شود. این در صورتی میسر خواهد بود که تمامی تاسیسات و وسایل خانه نیز متصل به اینترنت باشند. این اتصال یا می تواند به صورت جدا جدا برای هرکدام یا با استفاده از یک سیستم مدیریت متمرکز باشد که یک شبکه داخلی را داخل خانه برقرار کرده و وسیله ها همگی به آن متصل گردیده و توسط آن نرم افزار آدرس داده شده، طراحی شده برای آن مدیریت شود و آن سیستم فقط به اینترنت متصل باشد.

شاید در نگاه اول تنها چالش مد نظر نحوه مدیریت و اتصال دستگاهها به وب و مدیریت از راه دور آنها باشد، اما چالش های خیلی جدی تری در این خصوص مطرح است که باعث نگرانی فعالان این حوزه گردیده است. از جمله این چالش ها می توان به انرژی مصرف شده توسط تمامی دستگاه ها که به صورت آماده به کار هستند، هزینه اینترنت آنها، داده های زیادی که سنسورهای موجود در هر خانه هوشمند به وجود می آورد، تخصیص آی پی به هر وسیله و هر خانه، مدیریت تاسیسات گاز و آب که با چیپ های CMOS تا حدودی حل شده اند و همچنین بحث امنیت آنها اشاره کرد.

با توجه به اینکه کلیه تاسیسات و وسایل در خانه های هوشمند به صورت مستقیم یا غیر مستقیم به اینترنت متصل هستند، در صورت هک با بحران جدی روبرو خواهیم بود. در صورتی که با هک کردن و گرفتن مدیریت یک خانه ی هوشمند می توان زیان های جبران ناپذیر مالی و جانی را به صاحبان و دارندگان این خانه ها وارد آورد. بنابراین با در نظر گرفتن چالش های دیگر، می توان گفت امنیت خانه هوشمند مهم ترین چالش و بحث در خانه های هوشمند به شمار می رود و علاوه بر روش های مقابله با آن باید قوانینی هم در این خصوص توسط دولت ها تصویب گردد.

سیستم امنیتی خانه هوشمند

 تمامی سیستم های خانه های هوشمند باید از نظر امنیتی از سه وجه مورد بررسی و تایید قرار بگیرند.

• محرمانه بودن: ارتباط بین وسایل داخل منزل و همچنین ارتباط آنها با خارج از منزل باید به صورت رمزگذاری شده و کدگذاری شده باشد. همچنین توصیه می شود از دستگاه ها و ماژول های افزایش امنیت در سیستم امنیتی خانه هوشمند استفاده گردد. بهتر است از همان مرحله اول و شناخت وسایل و تاسیسات متصل به شبکه، ملاحظات امنیتی نرم افزاری و سخت افزاری رعایت گردند و از ماژول های امنیتی در شبکه مثل فایروال و … استفاده گردد. برای رمزگذاری ماژول امنیتی خود نیز معموال توصیه می گردد از رمزهای بالای 8 کلمه که شامل حروف و اعداد انگلیسی باشد استفاده شود، اما برای امنیت بیشتر بهتر است از الگوریتم رمز گذاری امن 128 بیتی استفاده گردد.
• یکپارچگی: دستگاه های با ظرفیت کم (مثل سنسورهای کوچک، محرک ها و …) و همچنین یک سرور خانگی هر دو می توانند به کنترل عملکرد سیستم خانه هوشمند و همچنین احراز هویت متقابل دسترسی داشته باشند. با در نظر گرفتن مشخصات دستگاه، داده های حساس (داده های خصوصی کاربر، اطلاعات کلیدی، کنترل دسترسی) احراز هویت، بایستی توسط یک ماژول امنیتی سخت افزاری به صورت امن ذخیره شوند. بعلاوه اینکه یکپارچگی داده ها برای محافظت داده ها از تغییر، باید فراهم شود
• در دسترس بودن: برای دفاع در مقابل حملات شامل هک شدن از بیرون خانه، ویژگی تایید یکپارچگی سیستم عامل باید آماده باشد. همچنین پیشنهاد می شود علمکرد تایید یکپارچگی اجرای سریع و پیاده سازی آسان برای دستگاه های هوشمند با ظرفیت کم داشته باشد. در صورت بروز رسانی یک نرم افزار ایمن، باید صلاحیت فایل بروز رسانی نرم افزار و سرور بروز رسانی تایید گردد. بر طبق خصوصیات و جزئیات هر دستگاه باید سطح امنیتی متفاوتی را برای آن اعطا کنیم. همچنین عملکرد امنیتی مناسب مثل کنترل دسترسی، الگوریتم احراز هویت و رمز گذاری که هرکدام مناسب یک سطح امنیتی خاص هستند باید به عنوان یک سیاست امنیتی خاص تنظیم شوند.

سیستم امنیتی خانه هوشمند :

می توانیم اجزای مورد استفاده برای پیاده سازی را به دو قسمت نرم افزار و سخت افزار تقسیم کنیم.

اجزای سخت افزاری به شرح ذیل است سنسور دما / سنسور لرزش / سنسور دود/ سنسور /PIRدوربین  / Piمیکروکنترلر 3 pi Raspberry

اجزای نرم افزاری:

برای دریافت داده ها از سنسورها و پردازش آنها pi Raspberry نیاز به ابزار نرم افزاری دارد. لذا ابزار نرم افزاری اصلی برای این پروژه :

• سیستم عامل Rasbian :

یک سیستم عامل مبتنی بر لینوکس است که در خانواده های pi Raspberry به صورت پیش فرض وجود دارد و با کارآیی پردازنده ARM متناسب است.

• زبان برنامه نویسی Python:

پایتون یک نرم افزار برنامه نویسی سطح بالا با کاربرد وسیع است. این نرم افزار برنامه نویسی منبع باز است و دارای ساختارهایی برای نوشتن برنامه هایی با مفاهیم آسان و پیچیده است.

• بستر نرم افزاری Thingspeak IOT:

یک بستر نرم افزاری منبع باز برای اینترنت اشیاء (IOT) به شمار می رود و یک فضای ذخیره سازی رایگان در اختیار ما می گذارد که این امکان را می دهد که داده های تولید شده توسط دستگاه های خانه متصل به سرور Thingspeak را با استفاده از HTTP در آنجا ذخیره کنیم.

• ابزار SMTP:

SMTP یا پروتکل انتقال ایمیل ساده یک پروتکل برای انتقال ایمیل بین سرورهاست. اکثر سیستم هایی که به ارسال ایمیل از طریق اینترنت اقدام می کنند از SMTP استفاده می کنند. ایمیل های ارسالی در ایمیل کاربر توسط POP یا IMAP قابل بازیابی است.

• ابزار طراحی Eagle:

یک نرم افزار منبع باز اتوماسیون الکترونیکی است که امکاناتی برای طراحی الیه ی PBC ، نمودار طرح کلی، مسیریابی خودکار و تولید به کمک رایانه است.

کارکرد سیستم درخواست خدمات خودکار:

پس از راه اندازی سیستم، pi Raspberry به وای فای متصل می شود. تمامی سنسورها با استفاده از رابط و پورت خاص خود به pi Raspberry متصل می شوند، لذا داده های خود را به Raspberry ارسال می کنند و از طریق اینترنت داده ها به سرور Thingspeak ارسال و در آنجا داده ها دریافت، ذخیره سازی، آنالیز و در یک گراف به نمایش در می آیند. وقتی که خروجی سنسور PIR بالا باشد، سیستم یک تصویر توسط دوربین متصل به Raspberry pi می گیرد و یک اعلان به کاربر سیستم و مسئول امنیتی ارسال می کند. همچنین در صورتی که سنسور دود متصل به سیستم، گاز یا دود در محیط تشخیص دهد، یک اعلان به آتش نشانی و همچنین کاربر ارسال می کند.

سنسور لرزش در کنار درب یا پنجره گذاشته می شود تا در صورتی که یک دزد بخواهد با زور از طریق درب یا پنجره وارد خانه شود، تشخیص داده و به کاربر اطلاع رسانی کند. سنسور دما نیز دائما در حال سنجش دمای محیط است و در صورت تشخیص دمای غیرمعمولی در محیط خانه به کاربر اطلاع رسانی کند. تصاویر گرفته شده توسط دوربین، در pi Raspberry ذخیره شده و برای پیدا کردن سارق و یا متجاوز به حریم خانه مورد استفاده قرار می گیرد. تمامی داده ها در سرور Thingspeak ذخیره شده و کاربر می تواند نظارت کامل بر وضعیت خانه از طریق این سرور داشته باشد.

پیشنهاد براي کارهای آتی:

می توان در چند قسمت پیشنهاداتی به پژوهشگران ارائه داد:

• سیستمی که بتواند تمام لوازم خانه را مدیریت کند:

ارائه سیستمی که بتواند تمام لوازم خانه را مدیریت کند، از وضعیت آنها (حالت فعال، آماده به کار و …) به صورت بلادرنگ اطلاعات در اختیار کاربر بگذارد و وضعیت آن قابل تغییر توسط کاربر از راه دور باشد.

• امنیت داده ها تامین شوند:

داده های بدست آمده از سنسورها، دوربین ها و … از امنیت بالایی برخوردار باشند. داده ها باید چه در قسمت ذخیره سازی، چه در قسمت انتقال به سرور و آنالیز محافظت گردند و مورد حملات سایبری قرار نگیرند.

• سیستم رابط گرافیکی کاربری مناسبی داشته باشد:

ایجاد رابط گرافیکی کاربری (GUI) مناسب که هم کار با آن آسان باشد و هم سازگار با انواع سیستم عامل های گوشی های هوشمند و تبلت ها از قبیل IOS ,Android و … باشد.

• تصمیم گیری برای پیاده سازی خانه هوشمند از همان مراحل اولیه احداث ساختمان:

وقتی که نقشه اولیه ساختمان کشیده می شود در کنار نقشه مخصوص تاسیسات ساختمان که زیر نظر کارشناس تاسیسات و با در نظر گرفتن تمامی موارد از قبیل لوله کشی آب، گاز و سیم کشی برق پیاده سازی می شود، باید در خانه های هوشمند زیر نظر کارشناس کامپیوتر یا IT، متخصص در زمینه اینترنت اشیاء نقشه ای پیاده گردد که تمامی موارد برای محل قرارگیری سنسورها و دوربین و سیستم و شبکه داخلی خانه در نظر گرفته شود.

سنسور آتش سوزی در قسمت هایی از سقف قرار گیرد. سنسور دما در قسمت های مرکزی خانه در قسمتی که دور از نور خورشید و لوازم گرمایشی و سرمایشی هستند قرار گیرد، سنسورهای حرکتی در قسمت هایی از دیوار جای داده شوند که مشرف به درها و پنجره های خانه باشد. سنسور لرزش در کف قرار گیرد تا کوچک ترین لرزش ها را تشخیص دهد. دوربین ها از همان نخست کابل کشی گردند و در جای مناسب خود نصب گردند.

منابع:

 

]1[C. Suh and Y. B. Ko, “Design and implementation of intelligent home control

systems based on active sensor networks,” IEEE Trans. Consum. Electron., vol. 54,

2008. 3, pp. 1177–1184, Aug. 2008.

]2[S. Sicari, A. Rizzardi, L.A. Grieco, and L.A. Grieco, “Security, privacy and trust in

Internet of Things: The road ahead,” ELSEVIER, Computer Networks, vol. 76,

January 2015, pp. 146–164

]3[ Pranav Kumar Madupu, Karthikeyan B, “Automatic Service Request System for

Security in Smart Home Using IoT”, Proceedings of the 2nd International conference

on Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA 2018)

]4[ J. Gubbi, R. Buyya, S. Marusic, and M. Palaniswami, “Internet of Things: A

vision, architectural element, and future directions,” ELSEVIER, Future Gener.

Computet. Syst., vol. 29, issue 7, February 2013, pp. 1645-1660

]5[ Shradha Somani, Parikshit Solunke, Shaunak Oke, Parth Medhi, Prof. P.P.

Laturkar, “IoT Based Smart Security and Home Automation”, 2018 Fourth

International Conference on Computing Communication Control and Automation

(ICCUBEA)