What is the Industrial Internet of Things
這篇報導相關到實體與虛擬的 Access Control 的架構、機制與運作，涉及場域的 IT、OT 之監控、資安、安全、保全的完整報導，能夠了解本文的描述，才能堪稱專業，是從事 Security、Surveillance、Safety 行業相關業者必讀寶典！
—— 3S MARKET 推薦
內文提要
工業物聯網（IIoT）是一個生態系統，其中包括各種網路感測器和執行器，主要實現了與降低生產成本，和提供工作流靈活性的相關進步。在這種環境中，引入訪問存取控制，被認為是一項挑戰，主要是由於 IIoT 設備和網路中的技術和協議，多種多樣。
因此，應檢查各種訪問存取控制模式和機制，以及這些工業環境提出的其他訪問存取控制要求。為了實現這些目標，我們將詳細介紹現有的，最新訪問存取控制模式和體系結構，並分別研究 IIoT 中的訪問存取控制要求。
這些步驟提供了，有關哪種訪問存取控制模式和體系結構，可能對 IIoT 中的應用，會有益的、有價值的指示。我們描述了一種訪問存取控制架構，該架構能夠使用分層方法，並基於現有虛擬化概念（例如雲端），在 IIoT 中實現訪問存取控制。
此外，我們提供有關各個訪問存取控制，相關組件功能的資訊，以及這些組件在整個體系結構中，應放置的位置。考慮到該研究領域具有挑戰性，我們最終討論了未解決的問題，並展望了這些方向，以提供業界和學術界有趣的多學科見解。
1. 簡介
物聯網（IoT）是一個術語，廣泛用於描述生態系統的存在，在該生態系統中，普遍使用的計算技術，可提供與實體事物的連接，並使它們成為人、設備和事物，共存網路的一部分和互動。物聯網從無線和行動網路中，基礎技術的發展中受益匪淺，這反過來又推動了雲端和無線感測器網路（WSN）的發展。 WSN 為事物提供了感測器和執行器，用於感應和產生數據，以及消耗數據，並與環境進行交互。
物聯網領域的進步是如此之快，以至於儘管 2020 年對 500 億個設備的估計，似乎是樂觀的，但這一趨勢是模稜兩可的，但至少有 20 - 30 億個設備，似乎是可行的。
物聯網目前在許多領域中使用，例如智慧家庭、智慧城市、醫療和工業應用。隨著時間的前進，一些技術的重大進步，被公認為是工業發展的里程碑，甚至代表了整個時代的特徵：在 19 世紀，蒸汽機為機器開發提供了手段，並使第一個工業時代成為可能。
此後，從第二個時代開始的重要發展，是電力的佈署，及其對行業的影響。第三個時代的特徵，是採用了資訊和通信技術（ICT），從而允許開發可編程邏輯控制器（PLC），和監督控制與數據採集（SCADA）系統。
今天，我們見證了向第四次工業時代的轉移，這是將整個網路感測器和執行器生態系統，整合到生產階段的各個方面的幫助。工業 4.0 倡議，最初描述了傳統工業資訊系統，與 IoT 之間的這種整合，該倡議主要在德國開發，目的在透過降低生產成本，和提供工作流程靈活性，來提供競爭優勢。
前述整合的結果，稱為工業物聯網（IIoT）。與許多新興技術一樣，IIoT 中的 ICT 技術適應，也帶來了有關標準化和安全性的問題。因此，許多商業實體創建了工業網路協會（IIC），該協會發布了，有關體系結構和安全性的，許多可公開訪問存取的白皮書。
在 ICT 以及 IoT 中，資訊安全性（即機密性、完整性和可用性）是主要關注的問題。但是，在 IIoT 中，應考慮有關應用環境中的適用性，以及對安全性的需求的其他概念。控制生態系統利益相關者，獲得資源的途徑，對於實現這兩個目標非常重要。
在工業物聯網中引入訪問存取控制，被認為是一項具有挑戰性的任務，因為這些工業環境具有多樣性。多樣性主要是由 IIoT 設備和網路支持的多種技術和協議引入的。 已經研究了網路實體系統（CPS）中的訪問存取控制，在此比較了訪問存取控制模式，並檢查了一組需求。
但是，我們預計可能需要進一步調查，以應對 IIoT 中的訪問存取控制挑戰。本章的目的是提供有關，IIoT 最有前途的訪問存取控制模式的其他資訊，研究能夠支持所描述模式的訪問存取控制機制，並提出基於虛擬化技術的 IIoT 訪問存取控制架構。
具體而言，在本章以下的第 2 節中，我們提供了有關 IIoT 體系結構趨勢的背景資訊，這對於獲得生態系統的可見性和提取，訪問存取控制要求是必不可少的。在第 3 節中，廣泛介紹了訪問存取控制模型和機制的主要家族。
文獻中提出的用於 IIoT 的訪問存取控制方法，將在第 4 節中進行研究。構成 IIoT 的訪問存取控制體系結構的各個組件，將在第 5 節中進行研究。
最後，在第 6 節中，我們簡要地闡述了一系列開放性問題，關於 IIoT 的訪問存取控制，並提供總結性說明。
2. 背景
物聯網是由事物的普遍存在所定義的，這些事物被唯一標識，並且能夠在它們之間，以及與網路的其餘部分進行交互。物聯網最初由 RFID 標籤引入，以提供電子產品代碼（EPC），如今，物聯網包括許多使用各種協議，和技術相互連接的異構設備，以提供最有效的連接和互操作方式。
具體而言，物聯網描述了一個對象網路，該對象網路可以自主方式收集和共享數據，而無需人工協助。此類對象的示例，被認為是監視和測量環境的溫度或濕度，對象的加速度或位置等的，各種類型的感測器。
IoT 的應用場景被認為是多種多樣的，從智慧設備（例如智慧照明和加熱設備）到健身設備（例如Fitbit）。國際電信聯盟（ITU）發布了 ITU-T Y.2060 ，該建議書對 IoT 進行了概述。根據建議，物聯網在已經存在的「隨時」和「任何地方」通信中，增加了第三個軸，甚至可以由傳統的 ICT 系統提供。
新軸稱為「任何東西」，不僅代表電腦設備之間的通信，還代表人與人之間，人與物之間，以及物與物之間的通信。事物是存在於實體世界中的物體，可以被感知和辨識。可以利用虛擬實體來執行辨識，這些虛擬實體，可以不存在實體而存在。
由於物聯網的巨大成功和採用率，物聯網技術也被業界所接受，並被引入工業環境中，以作為提高營運效率的一種手段。因此，IIoT、「 IoT 版本 4.0」或「 Manufacturing IoT」是常用來表示將 IoT 用於工業目的的表述。到 2020 年底，據估計，超過 100 億個設備將構成 IIoT，佔物聯網支出的 57％。
物聯網已經成為日常生活的一部分，包括但不限於智慧城市、醫療保健、農業、休閒（智慧家庭）、建築、智慧交通系統等。有許多目的在工業環境中，利用物聯網的計劃，例如智慧工廠、工業網路未來工廠等。
儘管物聯網和基礎技術，已經很好地建立並不斷發展，但是考慮到不同的環境，以及已經存在完善的 ICT 系統（例如，分佈式控制系統 DCS 和 SCADA）的事實，行業內的採用是一項具有挑戰性的任務系統），來控制和監視生產過程。
工業 4.0 是一項在支持製造業優化生產效率，和提高產品質的計劃。該計劃的基本概念，是將 IoT 整合到舊的生產現場工業資訊系統中，從而能夠創建一個新概念 IIoT。
IIoT 得益於 4G 和 5G 開發，以及 6LoWPAN 和 LoRaWAN 等協議，在機器對機器（M2M）通信、網路效率，和簡單性方面的進步，並面臨物聯網中存在的所有挑戰，例如資源受限的設備、異構性，在工業環境中，重要的因素也是對安全性的要求。儘管安全不是與資訊安全直接相關的，資訊安全是 IIoT 運行的主要目標，但必須將其考慮在內，以防止可能威脅到人和機器的完整性，以及服務可用性的事故。
訪問存取控制模式，並未將安全性作為固有的設計特徵考慮在內，因此在創建訪問存取控制策略時，應盡可能考慮安全性。
2.1 IIoT 架構
2014 年 3 月，AT＆T、思科、通用電氣、英特爾和 IBM，共同創立了工業網路聯盟（IIC），目的在促進 IIoT 的成長。 IIC 已發布了 IIoT 參考架構的 1.8 版，其中 IIoT 分析定義了四個不同的觀點，即業務、使用、功能和實施觀點。
在本章中，我們主要關注可以揭示和檢查技術方面的實現觀點。關於實現觀點，IIC 定義了三層架構，即邊緣層、平台層和企業層。邊緣層是其中從工業和其他終端設備（例如車輛、機械、工作站、自動化設備，以及代表工業領域中，「事物」的所有其他感測器）執行數據收集。
從邊緣層收集的數據被發送到平台層，後者是數據收集和數據利用之間的媒介，後者發生在企業層（上層）。這些層上的節點，使用不同類型的網路，進行內部和內部連接。其中包括連接邊緣層內資產的鄰近網路，將邊緣連接到平台層的訪問存取網路，最後是將平台與企業層連接的服務網路。
邊緣層包括，位於生產空間中的所有 ICT 組件。此類組件的示例是感測器、執行器，以及所有其他舊式設備和 CPS。物聯網的發展，導致邊緣節點的數量成倍成長，其特徵是計算和能源的實體限制。
平台層包括邊緣設備置備和數據整合，所需的所有必要處理，然後再將這些交付到開發服務的企業層。IIC 不提供與拓撲相關的約束，因此，以最簡單的形式，平台和企業層可以實體上位於企業內部，或由雲端提供支持。
考慮到收集到的數據量，雲端可以成為一種啟用的計算範例，因為它可以為大數據處理，提供最佳的候選者。但是，考慮到許多邊緣設備的資源限制，和邏輯距離引起的延遲，將邊緣節點直接連接到雲端可能具有挑戰性。
後者可能對服務供應和系統安全，構成潛在威脅，因為引起的延遲，可能導致延遲的操作，從而可能造成損害。為了克服這個問題，霧計算可以用作邊緣和雲端之間的中間層，從而減少距離和延遲。
思科系統最初提出了 Fog ，目的是在邊緣和雲端之間，提供位置感知和低延遲的虛擬化層，從而使服務更接近實際的利益相關者。霧層由私有、社區、公共或混合霧節點填充，這些霧節點處理來自邊緣設備的資訊，並在必要時與雲端進行通信。在霧概念中，所有資訊處理都在霧節點中執行，而在邊緣設備中很少或根本不執行。
但是，由於當今網路結構，還可以提供將處理整合到網路本身的方法，因此可以在邊緣和霧之間，開發新的層。這是由低資源，基於微控制器的低資源設備創建的，稱為薄霧層。
霧節點實際上與邊緣設備，嵌入在同一環境中，從而提供更準確的上下文資訊，並支持在網路邊緣進行處理，從而進一步減少了總體延遲，提供了上下文準確性，並降低了來自終端設備的電源需求。
儘管 IIC 邊緣層顯然與邊緣層相匹配，但是如何映射平台層和企業層，還不是很清楚。這種映射通常取決於特定的應用領域和拓撲。在圖1 中，示出了指示性映射。
2.2 訪問控制要求
訪問控制在所有需要控制，和限制使用者或進程，在一組系統資源上執行的動作，或操作的系統中，都是必不可少的。訪問存取控制系統被認為是三個抽象，即訪問存取控制策略、模式和機制。基於這些抽象，使訪問存取控制系統負責執行訪問存取控制策略，並防止其被顛覆。
訪問存取控制策略的特徵是高級要求，用於指定使用者或進程，可以和何時訪問存取資源。
訪問存取控制策略，透過訪問存取控制機制強制執行，該機制負責授予或拒絕訪問存取。訪問存取控制模式是實現的集合的抽象容器，能夠透過概念框架，保留對訪問存取控制策略推理的支持。因此，訪問存取控制模式，彌合了訪問存取控制系統中，策略和機制之間的抽象鴻溝。
一種在智慧交通系統（ITSs）中，利用霧計算概念的支持物聯網的生態系統。考慮到此處提出的訪問存取控制問題的數量，可以提取以下要求：
‧上下文感知：上下文資訊，表徵了實體和環境的狀況。上下文會影響訪問存取控制決策，並允許創建考慮主體和客體身份之外的因素的策略。具有上下文可見性，訪問存取控制策略也可以在資訊安全性之上著眼於安全性。
‧域間操作：IIoT 被佈署在多個域中，以在同一管理權限下，支援遠端扇區的操作。任何訪問存取控制解決方案，都應該能夠支援不同域之間的一致操作。
‧隱私保證：當今，隱私已成為佈署每個 ICT 解決方案（設計隱私）時必須考慮的重要因素。自 2018 年以來，它也是歐盟的法律義務，由通用數據保護條例（GDPR）定義。訪問存取控制機制的設計，應避免洩露任何私有數據。
‧資源效率：邊緣上的大多數設備，目的在執行特定任務，並消耗盡可能少的功率。這在處理能力和儲存空間方面，都限制了可用資源，因此任何設計為在這些資源上，運行的組件都應考慮這些限制。
‧可管理性：應該有一種集中的方式來創建、儲存和執行策略，該策略不會引起額外的延遲，並且可以在低頻寬網路上運行，甚至有時變得不可用。
‧問責制：應支持審核，以使各自的涉眾能夠監視和揭示，任何違規或系統濫用情況。前述要求的列表並不詳盡，而是在選擇更合適的授權方案時，充當了墊腳石。
在下文中，我們將提供有關訪問存取控制模型，和框架系列的更多資訊，以在 IIoT 環境中進行調查。
3. 訪問存取控制方法
儘管存在大量適用於 IIoT 環境的訪問存取控制模式，但以下我們將詳細介紹，主要的訪問存取控制模式家族。這樣可以避免在具有相同模式家族，根源的模式之間複製資訊，並有助於描述這些模式提供的主要特徵。
具體來說，我們提供有關基於角色，基於屬性，基於功能和使用控制系列模式的資訊。
3.1基於訪問存取控制的角色
在基於訪問存取控制的角色（RBAC）中，對系統資源訪問存取的角色使用者和角色分配，這些角色具有與之關聯的預定義權限。 RBAC 可能支持幾種原則，例如，最低特權、職責分離和行政職能分離，這使其更適合在組織環境中使用。
核心 RBAC 模式是由三個靜態元素組成，即用戶、角色和權限，後者由應用於對象的操作組成。關於元素之間的關係，將角色分配給使用者，並將權限分配給角色。這些類型的關係可以是多對多的，即可以將一個使用者分配給多個角色，並且可以將許多使用者分配給單個角色。權限分配的角色也是如此。
RBAC 不支持負權限。 RBAC 具有兩個不同的階段，即設計和運行時。在設計階段，系統管理員可以定義電腦系統中，各個元素之間的許多分配。在運行時階段，系統中的分配由安全策略指定的模型強制執行，而安全策略是在設計階段指定的。
運行時，強制透過會話的概念實例化。後者將 RBAC 與其他基於組的機制區分開來。在會話期間，允許啟動一部分使用者的角色。這意味著可以在設計階段，為使用者分配各種角色，但是不必總是或同時啟動這些角色。 RBAC 使用後一種機制，為最小的特權原則提供支持。在會話期間，許多約束也可以強制執行。
除了核心模型之外，RBAC 還支持角色之間的層次結構。當涉及到策略管理時，該機制提供了極大的靈活性。具體來說，可以輕鬆將分配給角色的權限，繼承給另一個角色，而無需將相同的權限，重新分配給另一個角色。
例如，我們假設兩個角色 R1 和 R2，以及兩個權限集 PR1 =（P1，P2）和 PR2 =（P3，P4），它們最初分別分配給角色 R1 和 R2。如果角色 R1 繼承了角色 R2，則意味著 R2 可以使用所有 R2 的權限。角色 R1 的可用權限，由集合 PR1 和 PR2 上權限的並集表示。
當層次結構以圖形表示時，直接繼承關係顯示為 →。箭頭或弧的頭部定義權限，和使用者成員資格繼承。在前面的 9 個案例中，我們有 R1 → R2。使用者成員資格，是指將使用者分配給層次結構中的角色。在這種情況下，使用者被授權直接或透過繼承關係，訪問分配給角色的所有權限。但是，分層 RBAC 中提供的另一個功能，是對通用角色層和有限角色層的支持。
通用層次結構是角色繼承中最常見的情況，它們被描述為部分順序集。但是，在更加嚴格的環境中，可能會出現支持有限層次結構的需求。這通常涉及在樹狀層次結構中，存在單個直接提升角色或後代角色。
RBAC 還能夠透過靜態和動態，分離職責關係來支持約束。兩種類型的約束的主要目的，是維護系統的安全性，並防止其受到損害。約束通常用於交付業務需求。職責關係的靜態分離，可以應對利益衝突政策的執行。
例如，讓 R1和 R2 為兩個衝突的角色，並將使用者 U1 分配給角色 R1。透過在角色 R1 和 R2 之間，強制執行職責限制的靜態分離，RBAC 禁止為使用者 U1 分配角色 R2，因為這兩個角色是衝突的。
在設計階段，此類約束在 RBAC 中定義和實施。在角色層次結構的存在下，對所有直接分配和繼承的角色，以相同的方式強制執行職責限制的靜態分離。職責關係的動態分離，可在會議期間處理利益衝突策略。
在這種情況下，使用者具有一組啟動的角色。在設計時描述了動態的職責分離關係，但在運行時（在會話的上下文中）強制執行了職責分離關係，以防止同時啟動兩個或更多衝突角色。
在角色層次結構中，應用了與靜態分離約束類似的機制，但是約束僅在激活的角色集合上強制執行。
3.2 基於功能的訪問存取控制（CapBAC）
基於功能的概念，眾所皆知，這些功能是可通信，且不可偽造的權限令牌。功能包含對像已授予訪問存取控制權限的資源條目。因此，以類似於訪問存取控制列表的方式，認為訪問存取控制矩陣Ｍ可以包括主題、對象和權限。在 CapBAC 中，權限是分配給主題的，因此支持主題和對象之間的一對多關係。主題和對像是指系統的使用者和資源（與 RBAC 相似）。權限是對象可以依對象，執行的授權操作。
CapBAC 還支持功能的委派和吊銷機制。這些要求分別將訪問權限（間接）委派給其他主題並撤消訪問權限。通常，功能是在簡單公鑰基礎結構（SPKI）的上下文中發布的，以應對從一個主體到另一個主體的授權委派。這樣的解決方案，可以適用於多域聯合環境。
3.3 使用控制典型的使用控制方法是 UCON ，它基於現代概念框架。
UCON 概念框架，包括用於保護數位資源的傳統訪問存取控制，信任管理和數位權限管理。但是，仍然缺少諸如管理和委派的功能。與 RBAC 和其他基於屬性的模型相比，UCON 引入了許多新穎性，例如對可變屬性的支持和訪問決策的連續性。還研究了它在協作系統中的使用。
UCON 由八個部分組成，即主題、主題屬性、對象、對象屬性、權利、授權、義務和條件。主題和客體的概念，以及與它們的屬性的關聯很簡單。主題可以是系統中的實體，其定義以及其表示形式，由關聯主題屬性中的許多屬性或功能給出。
例如，可以透過使用主題屬性，來形成類似於 RBAC 的角色層次結構。關於對象，它們還代表系統中的一組實體。每個對象都可以與對象屬性關聯。
主題可以擁有對象的權利，透過這些權利，可以授予主題訪問或使用對象的權限。透過代表類，安全性標籤等等，這種類型的屬性，可用於例如關聯對象的分類。值得一提的是，主題和客體屬性都是可變的。這意味著可以透過訪問來修改屬性的值。相反，當屬性被描述為不可變時，只能透過管理操作，而不是使用者活動來修改其數值。
UCON 的特點是具有許多新穎性，主要來自其其餘部分。權利的組成部分，代表了可以從主體到客體持有，和行使的許多特權。與 RBAC 的角色類似，UCON 概念框架支持權利之間的層次結構。請注意，權限不是先驗設置的，而是在訪問期間確定的。透過考慮以下主題和對象屬性、授權、義務和條件的因素，可以從使用功能中得出訪問決策。
UCON 中的授權是功能性謂詞，其評估用於做出決定，即是否授予對對象的訪問權。以與使用功能相同的方式，對授權的評估基於主題屬性和對象屬性，請求的權限和一組授權規則。授權可以被表徵為預授權或正在進行的授權。
前前綴在訪問時間跨度內，指的是被請求的權利之前的即時，和正在進行的前綴。此外，UCON 中的義務用於捕獲請求使用對象的主體必須滿足的要求。它們被表示為功能謂詞，並且如上所述，它們被用於使用功能，以及授權中的訪問評估。
義務也分為先期義務和持續性義務。前者通常用於歷史資訊的檢索，而後者則用於檢查在訪問時間段內，是否滿足所要求的要求。最後，UCON 中的條件用於捕獲系統環境中產生的因素。條件與其他變量（即授權和義務）之間的語義差異，在於前者不能可變，因為與主體沒有直接的語義關聯。
3.4 基於屬性的訪問存取控制
基於分佈式系統和網路（例如Internet）的發展，基於屬性的訪問存取控制（ABAC）得到了極大的關注，被認為是一種邏輯訪問存取控制方法。與 RBAC 相比，仍然缺少標準化的 ABAC 定義，因此已經提出了一些定義。但是，NIST 提供了一套指南。
ABAC 可以根據屬性值，策略規則和環境條件的評估，來提供訪問決策，具體取決於 ABAC 的定義。與其他模型相比，ABAC 的一個優點是，它的策略以屬性表示，而無需事先瞭解系統中的主體和對象。
而且，系統中的主體和對象可以被分配屬性值，而無需事先瞭解策略細節，這確實大大簡化了授權管理。
ABAC 模型由以下六類元素組成：屬性、主題、對象、操作、策略，和環境條件。屬性是對象，對像或環境條件的特徵。屬性可以包含由名稱 - 值對給出的資訊，即，形式為（Name，Value）的元組。主題和客體屬性，都能夠支持元屬性的使用。後者提供了一個額外的索引，用於指代主題和對象本身的組。透過元屬性功能本質上，支持 ABAC 中的層次結構。
這為 ABAC 提供了表達相同類型元素之間，強大層次結構的潛力。通常將主題解釋為發出訪問請求，以對對象執行操作的使用者或過程，可以為主題分配一個或多個屬性。對象可以是 ABAC 系統對其進行訪問管理的系統資源。這些可能是包含或接收資訊的設備、文件、記錄、表、進程、程序、網路或域。
它可以是資源或請求的實體，也可以是可由對象在其上執行操作的任何實體，包括數據、應用、服務、設備和網路。操作是根據對象依對象的請求執行的功能。操作示例包括讀取、寫入、編輯、刪除、複製、執行和修改命令。策略是規則或關係的表示，可以在給定主題，對象的屬性值和可能的環境條件的情況下，確定是否應允許請求的訪問。
環境條件，是其中發生訪問請求的操作或情境。環境條件是可檢測的環境特徵。環境特徵與主體或對象無關，並且可以包括當前時間、星期幾、使用者位置、當前威脅級別等。以上定義隨後可為 ABAC 和正式形式提供參考模型、規格。
在下文中，提供了對眾所皆知的 ABAC 框架的簡要描述。在考慮實施訪問存取控制系統時，訪問存取控制框架可能會提供有用的指導。關於基於屬性的方法，可擴展訪問存取控制標記語言（XACML），和下一代訪問存取控制（NGAC）似乎是最突出的框架。兩者都提供管理策略、評估決策、執行策略等的操作。儘管提供了有關功能操作，和組件組成的規範（例如，策略決策點、策略），但 XACML 和 NGAG 可能有助於執行點採用基於屬性的方法。）。
在下文中，我們提供有關 XACML 和 NGAC 的資訊，以便在考慮提出適用於 IIoT 環境的執行點系統時作為先驅。
3.4.1 可擴展訪問控制標記語言 XACML 是 OASIS 標準，當前版本為 3.0，它提供了用於佈署 ABAC 的框架。為此，XACML 提供了一個數據流模型（稱為 XACML 上下文）和一個策略語言模型。數據流模型描述了主要功能組件，例如，策略執行點（PEP）、策略決策點（PDP）、策略授權點（PAP）等，以及它們之間的交互。這些用於訪問儲存庫（包含策略或屬性）並獲取授權決策。
XACML 上下文使用 XML 模式，表示訪問請求和反應，該模式由 PDP 出於授權目的實現。策略語言模型用於在三個分層組件（即規則、策略和策略集）的上下文中使用屬性，來規範訪問存取控制要求。
除了主要組成部分以外，還可以參考 XACML 標準，與 NIST 提供的 ABAC 指南之間的術語差異。顯然，儘管某些術語，用不同的方式表達，但兩者均指的是相同的概念。
在下文中，我們將簡要參考中標識的此映射。XACML 和 ABAC 中的主題和動作，都引用相同的概念。主體是指請求訪問的實體，而動作是指對所請求的實體執行的操作。
XACML 中的資源，被映射到 ABAC 中的對象–資源或對像是主題請求訪問的實體。XACML中的環境，映射到 ABAC 中的環境條件–這是一個動態因素，獨立於主體和對象。最後，雖然 NIST 的指導原則文檔中使用了「元素」一詞來指代主題、對象、動作和環境條件，但是在 XACML 中使用了術語「類別」來指代主題、資源、動作和環境。
XACML 和 ABAC 中的主題和動作，都引用相同的概念。主體是指請求訪問的實體，而動作是指對所請求的實體執行的操作。XACML中的資源，被映射到ABAC中的對象–資源或對象是主題請求訪問的實體。
XACML 中的環境映射到 ABAC 中的環境條件–這是一個動態因素，獨立於主體和對象。最後，雖然 NIST 的指導原則文檔中，使用了「元素」一詞來指代主題、對象、動作和環境條件，但是在 XACML 中，使用了術語「類別」來指代主題，資源、動作和環境。
3.4.2 新一代訪問存取控制（NGAC）NGAC 是用於標準化 ABAC 機制的 NIST 計劃。它能夠表達和執行各種政策。 NGAC 根據 ABAC 定義以滿足其要求，分別使用數據/關係和屬性，來表達策略並提供功能。它還提供了一組管理操作和功能，用於配置數據和實施策略。
在下文中，我們將根據 NIST 計劃中的內容，簡要提供有關 NGAC 的資訊。NGAC 中的訪問存取控制數據，包括元素、容器和關係。元素可以是使用者、操作或對象。這些分別映射到 ABAC 的主題、動作和對象。透過容器支持使用者和對象屬性，後者用於管理和制訂屬性和策略。容器用於在其中關聯和分組元素。同樣，策略類容器用於提供策略集合。
NGAC 中的屬性，以與 ABAC 類似的方式使用 - 它們表示使用者或對象的特徵。例如，使用者屬性可以表示使用者角色等，而對象的屬性可以表示其儲存的數據。 NGAC 提供了一組基本操作，來與對象的數據交互，而管理操作則負責創建數據元素和關係。
NGAC 中的關係，用於表達訪問存取控制策略。支持四種不同類型的關係，即分配、關聯、禁止和義務。分配用於定義容器的成員資格。這透過以下形式的元組表示：（a，b）或等效地aàb。語義是將元素 a 分配給元素 b。關聯用於導出特權，並表示為 3 元組，包括使用者屬性 ua，一組訪問寫 asr 和 at 處的使用者或對象屬性。後者的關聯使用以下語義表示為 ua – ars –：ua 中的使用者，可以對 at 引用的策略元素，執行 ars 訪問權限，禁止用於派生特權異常。
支持三種類型的禁止，即使用者拒絕（u_deny）、使用者屬性拒絕（ua_deny）和進程拒絕（p_deny）。每個禁止使用一個三元組表示，該三元組分別包括使用者 u，使用者屬性 ua 和進程 p，後跟訪問權限（ars）和策略元素（pe）。使用者拒絕禁止可以採用以下形式：u_deny（u，ars，pe）。後一種禁止的語義是使用者 u，無法對 pe 中的策略元素，執行 ars 中的訪問權限。以類似的方式，屬性拒絕和過程，拒絕分別表示為ua_deny（a，ars，pe）和 p_deny（p，ars，pe）。
最後，使用義務來動態更改訪問狀態。義務表示為事件模式對 ep 和響應 r（即管理操作的順序）對。前者由條件組成，條件被評估為 true 時，將導致響應 r 執行。
4. IIoT中的訪問存取控制
如上所述，訪問存取控制可以在系統中，引入適當的機制，以限制對合法使用者或系統中，進程的訪問。 IIoT 可以被描述為系統的系統，其新興的特徵，例如自動化、自適應、設備的高度異構性、空間多樣性等，都需要重新審視訪問存取控制的概念。
儘管已在 IoT 環境中進行了幾項工作，但 IIoT 中的訪問存取控制，仍是一個相對較新的研究領域。在本節的其餘部分，我們將介紹在訪問存取控制，和物聯網方面的最新成就，這些成就對於 IIoT 環境中的應用而言，似乎很重要。但是，我們確定已經在 IIoT 環境中，進行過的研究工作。
A. Ouaddah 等人對物聯網訪問存取控制模式和框架，進行了廣泛的審查，該調查包括從 2011 年開始的五年內提出的方法。這些方法可能潛在地適用於 IoT / IIoT 環境。該調查的一個有趣的結果，是針對訪問存取控制模式和框架的分類法的彙編。
包括了豐富的訪問存取控制模式，但所有這些都已歸類為代表性的模式/類別家族，例如 ABAC、RBAC、使用控制、CapBAC，基於組織的訪問存取控制模式等。
在下文中，我們簡要闡述似乎省略的單個模型，並詳細闡述通用框架 - 可能適用於 IIoT 環境。RBAC 模式，該模型適用於協作多域系統。提議的模型（domRBAC）支持基於角色的標準模式（ANSI INCITS 359-2004）的所有組件，包括對核心 RBAC、分層RBAC、靜態和動態職責分離的支持。此外，domRBAC 能夠在安全互操作下強制執行訪問存取控制，這是多域環境中的先決條件。
建議將 RBAC 模型應用於 IIoT，並將其視為多域協作環境。具體來說，正在調查的需求包括資源共享，和流程協作的需求。作者將 RBAC 策略定義為授權路由優化問題，並透過提出一種解決算法，來提供解決方案。儘管提出的解決方案可以提供最佳的解決方案，但正如作者所說（例如，假設設備和角色過多），其性能在某些情況下可能會受到限制。它僅作為管理工具提供，缺乏自動化，即不適用於策略決策點。ABAC 模式是在正式定義，並遵循 NIST 的建議。
該模式可以參與授權過程的主要元素，並提供了其主要管理操作和審查功能的說明。由於透過屬性值傳達的上下文資訊，ABAC 方法本質上支持高度分佈式的環境。
UseCON 模式是基於概念使用控制的下一代模式。與現有的基於使用情況的方法（例如，UCON）相比，UseCON 能夠支持複雜且更具表達力的策略。
儘管未在 IoT / IIoT 上下文中對其進行明確定義，但其主要特徵（如決策的連續性和屬性可變性）可能使其適用於工業環境。儘管缺少該模式的實現，但已提供有關其內部功能的正式證明。獨立於訪問存取控制模式及其支持的策略，需要一組功能組件，才能在訪問存取控制系統體系結構中，實例化訪問控制存取機制。
ITU 的電信標準化部門，在 X.812 中提出了有關安全框架的建議，該建議除其他外定義了開放系統中，支持訪問存取控制服務和機制，所需的主要功能。因此，基於 X.812，主要功能可以包括：發起方（例如，使用者或進程）、目標（即，需要資源訪問），訪問存取控制強制功能（AEF）和訪問存取控制決策功能（ADF），後者負責訪問控制決策。這些決策是基於訪問存取控制策略規則，所應用的資訊，進行訪問請求的上下文，以及訪問存取控制決策資訊（ADI）進行的。
ADI是訪問存取控制資訊（ACI）功能的一部分，該功能包括用於訪問存取控制目的的所有資訊，包括上下文資訊。最後，AEF 的職責是執行 ADF 做出的決定。遵循 X.812 的核心思想，現有的訪問存取控制框架（如 XACML 和 NGAC），提供了自己的一組功能，來支持 X.812 功能。
XACML 的主要功能是 PEP、PDP，策略資訊點（PIP）、PAP 和上下文處理程序（CH）。 OASIS XACML 標準文檔中提供了有關各個功能支持的操作的更多資訊。
NGAC 也以類似的方式，提供自己的功能架構。它的主要功能組件是：至少一個 PEP；至少一個 PDP；零個或一個事件處理點（EPP）；一個 PAP；一個 PIP；以及一個或多個資源訪問點（RAP）。有關 NGAC 中各個功能的操作的更多資訊。
值得一提的是，儘管 XACML 和 NGAC 框架都共享某些功能，但是它們卻有所不同。例如，PAP、PDP 和 PIP 在每個框架中似乎提供了稍有不同的功能。當涉及到訪問決策過程時，差異也適用。這是基於 XACML 的邏輯，在 NGAC 中已枚舉。
5. 組件的放置
從以上顯而易見，考慮為 IIoT 環境中的應用，設計訪問控制架構，需要仔細研究其所有功能組件。根據所應用的框架（例如XACML，NGAC），這將提供關於各功能組件，相對於各層放置位置的指示，如圖1 所示。在特定上下文中會影響所應用框架的功能和效率。
雲端是 IIoT 發展中的重要元素。它為數據共享，提供了一個統一的、無所不在的平台，並且可以在 IIoT 的上下文中支持各種應用。 Alsheri 等為物聯網中的訪問控制佈署，提出了一種支持雲端的架構。該體系結構包括一個分層的環境，該環境由對象層、應用層和中間中間層組成。
具體來說，對象層包括位於邊緣的事物，而中間層包括虛擬對象和雲端服務層。虛擬對象層是用於提供事物的持續存在的抽象，包括當前資訊和歷史資訊。雲端服務層為對象提供資源，最後，應用層提供與對象進行通信的接口。
在這種方法中，訪問存取控制決策，是由放置在雲端層中的 PDP 提供的；訪問控制決策的實施，是由放置在對象層中的 PEP 執行的。訪問控制管理在管理層中執行。是一種 ABAC 特定佈署，其中雲層、霧層和邊緣層，用於訪問控制系統的各個組件。訪問控制管理由 PAP 提供，該 PAP 與儲存主題、對象和系統屬性的 PIP 一起位於雲中。
PDP 依次位於各個霧節點中，並與雲中的 PAP 和 PIP 交互。最後，在邊緣層執行 PEP。考慮到所有資源限制和對象的異質性，將 PEP 整合到邊緣，是一項艱鉅的任務。
PAP 是 ABAC 模式用來描述用於創建和管理，訪問控制系統策略的實體的術語。如果已佈署所有必需的機制（例如，身份驗證），則在雲中佈署 PAP，使其可以在整個企業範圍內使用，並且簡化了有關遠端聯盟之間，策略交換的任何考慮。對於策略管理，這同樣適用於任何其他模式實現。
另一方面，PDP 提供時間緊迫的服務，因為它們的使用是為了達成訪問控制決策。訪問控制決策一方面需要資源，以允許快速處理策略，另一方面需要低延遲，以在決策時立即將決策傳達給執行點。將 PDP 放在雲上，可能不是最有效的體系結構決策，這主要是由於利益相關者，與雲本身之間的距離所致。
但是，在利用霧計算的情況下，將雲擴展到邊緣附近會降低距離，並使霧層成為承載 PDP 的主要候選對象。在 ABAC 的情況下，這是實現上下文感知訪問控制機制的合適模式，因此是使用上下文為使用者提供相關資訊，和/或服務的機制，其中相關性取決於使用者的任務，所需屬性從 PDP 檢索，以執行訪問決策。根據向 PIP 的請求，此資訊將提供給 PDP。
為了實現這一點，PIP 應該既瞭解所有可用屬性，又應能夠即時檢索和交付屬性，而不會拖延整個過程。由於大多數屬性在工業環境中，都是特定於某區域的，因此考慮到每個佈署的唯一性，PIP 需要對特定區域具有可見性。為了實現這種迷霧，可以利用它並託管一個額外的「本地」 PIP，以在利益相關者附近提供雲功能。
除了 PDP 和 PIP 之間的通信外，前者還需要獲得要考慮的政策。將 PAP 放在雲中，而將 PDP 放在霧中，可能會導致兩者之間的延遲或連接問題。但是，考慮到雲提供的策略管理的好處，執行策略傳播和不連貫的決策，只是上下文處理程序實現的問題，訪問控制決策應從 PEP 強制執行。
執法通常發生在，利益相關者存在的邊緣。考慮到工業環境，該層的主要問題是資源限制、設備異構性和專有通信方法。結果，難以實現 PEP 佈署的一致性。 IIoT 佈署引入的薄霧層，可以提供佈署 PEP 的區域。
身份或角色，在基於 ABAC 的方案中，潛在的無限數量的屬性需要交換。應當在組成聯盟的域之間，以及在聯盟之間，建立信任關係。而且，儘管提出將 PIP 放置在域的霧化區域中，是一種有效的方法（即，用於檢索屬性值），但是 PIP 之間的互連性和屬性值的交換，仍是進一步研究和分析的問題。
訪問控制組件之間的通信，應該進行優化，以便它可以安全有效。朝這個方向努力，可以考慮在工業環境中，使用的通信協議，例如約束應用協議（CoAP）或消息隊列遙測傳輸（MQTT）。無論如何，系統組件之間的通信應輕巧可靠，而且還應確保所交換資訊的機密性和完整性。
安全與電腦安全沒有直接關係。儘管如此，IIoT 已佈署在人類生命受到威脅的區域和環境（例如工廠、倉庫、醫院、道路）中，並可能因配置錯誤的策略，或無效的屬性值，而導致不受歡迎的訪問控制決策受到威脅。應該包括可能基於機器學習技術的保護措施，以防止系統故障或配置錯誤。
工業應用嚴重依賴系統可用性。這是一個應考慮的關鍵因素，因此訪問控制的實施，絕不應威脅到它。在訪問控制系統發生故障的情況下，提供保護措施，以確保業務連續性是研究的問題。 IIoT 引發了第四次工業革命。它提高了對上下文的可見性，並允許佈署新的創新應用。但是，應保護工業系統免受惡意訪問，以確保業務連續性和平穩運行。
應根據所選模式或框架，來考慮和實施訪問控制。因此，在 IIoT 的訪問控制實施的正式規範、驗證和認證方面，仍需要完成大量工作。在 IIoT 的背景下，訪問控制似乎是一個具有挑戰性的研究主題。在本章中，我們詳細介紹了 IIoT 的概念，以及可能適用於 IIoT 的訪問控制模式和框架。
我們預計這些方向，將為工業界和學術界提供有趣的多學科見解，並激發這一重要研究領域的進一步研究。
 |
| AKD 寰楚專業級全系列監控設備 |
沒有留言:
張貼留言