智能制造的信息安全

本书将面向围绕数字化供应链构成的数据生态系统，介绍数据流转共享的新兴技术，同时结合其安全需求，介绍身份认证、信任管理、数据保护、访问控制、乃至区块链技术在智能制造中的应用，为智能制造领域的从业人员了解相关安全技术提供参考。

李晖，博士生导师，现任西安电子科技大学网络与信息安全学院执行院长、国际教育学院院长。国家电子商务标准化工作组总体组成员，中国密码学会理事、安全协议专委会委员、密码芯片专委会委员，中国电子学会信息论分会委员，中国通信学会专业委员会委员，IEEE学会会员。 1990年获得复旦大学无线电电子学理学学士学位, 1993年和1998年分别获得西安电子科技大学通信与电子系统工学硕士和工学博士学位，2009年在加拿大滑铁卢大学进行为期6个月的访问研究。主要的研究方向是密码信息安全、信息论与编码理论。主持承担教育质量工程建设项目3项，参与质量工程建设项目4项，省级教改项目2项。主持国家863计划、国家科技支撑计划、新一代宽带移动通信国家重大专项、国家自然科学基金重点与面上项目、国防预研等项目15项，获得国家级教学成果二等奖2项,陕西省教学成果特等奖1项,二等奖4项，陕西省优秀教材奖1项；省部级科技进步奖一等奖2项，二等奖3项，三等奖1项，2003年获得陕西省青年科技奖，2010年获陕西省教学名师奖。获发明专利授权20余项，申请发明专利20项。论文170余篇，合作出版“十一五”国家级规划教材2本。担任ispec2009和ias

第1章智能制造与数据生态系统00

1.1智能制造的内涵、发展现状和发展趋势00

1.1.1智能制造的内涵00

1.1.2智能制造的发展现状00

1.1.3智能制造的发展趋势00

1.2智能制造的数据生态系统00

1.2.1智能制造的主要数据00

1.2.2智能制造数据生态系统的概念和主要特征00

1.2.3智能制造数据生态系统模型00

1.2.4智能制造数据生态系统的应用及意义00

1.3数字化供应链00

1.3.1数字化供应链的技术体系结构00

1.3.2数字化供应链的安全体系结构0

1.4智能制造面临的安全威胁0

1.4.1工业控制安全威胁0

1.4.2云服务的数据安全威胁0

1.4.3数字化供应链安全威胁0

参考文献0

第2章工业互联网技术0

2.1工业互联网网络框架0

2.2工业互联网标识解析体系0

2.2.1对象标识符0

2.2.2Handle体系0

2.2.3工业互联网标识解析的发展0

2.3时间敏感网络0

2.3.1时间同步0

2.3.2调度和流量整形0

2.3.3流预留0

2.3.45G与TSN的融合0

2.4ZigBee0

2.4.1ZigBee协议的体系结构0

2.4.2ZigBee节点的类型0

2.4.3ZigBee与802.15.40

2.4.4ZigBee的网络层0

2.5MTC0

2.5.1蜂窝无线网络0

2.5.2MTC网络架构0

2.5.3MTC服务类型及需求0

2.5.4MTC网络面临的问题及解决思路0

2.6远距离低功耗接入0

2.6.1NBIoT0

2.6.2LoRaWAN0

2.6.3NBIoT和LoRaWAN的比较0

2.7物联网安全架构0

2.7.1物联网感知层安全问题0

2.7.2物联网网络层安全问题0

2.7.3物联网应用层安全问题0

2.7.4物联网中的典型安全问题0

参考文献0

第3章密码技术基础0

3.1数据加密0

3.1.1对称加密算法0

3.1.2非对称加密算法0

3.2Hash算法0

3.2.1Hash算法的原理0

3.2.2主流的Hash算法0

3.3数字签名算法0

3.3.1RSA0

3.3.2DSS0

3.3.3ECDSA0

3.3.4SM2签名算法0

3.4密码算法在智能制造中的应用0

参考文献0

第4章身份认证与信任管理0

4.1公钥基础设施0

4.1.1数字证书和X.5090

4.1.2基于身份的PKI0

4.2认证协议0

4.2.1基于口令的身份认证0

4.2.2基于证书的身份认证0

4.2.3FIDO0

4.2.4动态口令认证

4.3典型安全协议

4.3.1TLS

4.3.2IPSec

4.3.3TLS及IPSEC的对比

4.4访问控制

4.4.1自主访问控制模型

4.4.2强制访问控制模型

4.4.3基于角色的访问控制模型

4.5信任管理

4.5.1信任模型

4.5.2信任评估

4.6安全案例

4.6.1车载环境无线接入设备身份认证与管理

4.6.2零信任模型及智能制造

参考文献

第5章云计算的数据安全

5.1云计算数据共享的安全问题

5.2云存储数据的访问控制

5.2.1基于属性的加密技术

5.2.2密文策略属性加密

5.2.3密钥策略属性加密

5.3安全外包计算

5.3.1安全多方计算

5.3.2同态密码及其应用

5.4密文搜索技术

5.4.1对称搜索加密

5.4.2局部敏感哈希和布隆过滤器

5.4.3支持同义多关键词的模糊密文检索

5.5移动群智感应中的数据安全共享案例

参考文献

第6章数据的隐私保护

6.1智能制造中的隐私泄露风险

6.2数据发布的隐私保护

6.2.1静态发布

6.2.2k匿名

6.2.3l多样性

6.2.4t邻近性

6.2.5动态发布

6.3差分隐私

6.3.1差分隐私基础

6.3.2差分隐私模型

6.3.3差分隐私实现机制

6.3.4本地化差分隐私机制

6.4智能制造中智能模型的隐私保护

6.4.1智能制造中智能模型的应用

6.4.2智能模型的隐私保护方法

参考文献

第7章区块链与数字化供应链

7.1区块链与比特币

7.1.1比特币的关键技术

7.1.2比特币的原理

7.1.3智慧合约

7.1.4共识机制

7.1.5公有链、私有链和联盟链

7.2区块链在数字化供应链中的应用

7.2.1供应商管理

7.2.2产品追踪溯源

参考文献

随

着互联网、移动互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等信息技术的快速发展，制造技术与信息技术深度融合，全球制造业正在发生根本性的转变。工业互联网的兴起，将用户需求、生产规划、供应链、物流、销售工厂、生产设备紧密地连接在一起，不断促进先进制造技术向信息化、自动化、智能化的方向发展，而智能制造正日益成为未来制造业发展的核心内容。

智能制造基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，其不可避免地带来了信息安全问题。在智能制造的全过程中涉及客户个体信息、生产组织的信息、物流信息、销售信息、生产设备的状态及控制信息等多种类型信息。这些信息的机密性、完整性、来源真实性对于客户的个人安全、生产企业的运营安全、生产系统的运行安全乃至国民经济的整体安全都至关重要，信息安全已成为智能制造领域必不可少的基础支撑技术。

本书针对智能制造的信息安全问题，从加密算法、认证技术、云数据安全、隐私保护和区块链应用等方面介绍了相关的理论与技术，共分为7章。

第1章介绍了智能制造的内涵和技术需求，分析了智能制造的数据生态系统的数据分类与数据特征，介绍了数字化供应链的体系结构，并分析了智能制造面临的安全威胁。

第2章介绍了支撑智能制造的主要工业互联网技术，包括工业互联网网络框架、工业互联网标识与解析体系、时间敏感网络、工业物联网接入技术(ZigBee、MTC、远距离低功耗接入)，分析了物联网的安全架构。

第3章介绍了密码技术基础，包括数据加密、Hash算法、数字签名算法等，重点介绍了国家商用密码标准的系列算法，并结合智能制造场景介绍了相关密码应用案例。

第4章介绍了身份认证与信任管理技术，包括数字证书与公钥基础设施、主流的认证协议、典型的安全协议、访问控制模型、信任模型与评估方法，并结合车载环境无线接入、零信任模型和智能制造应用等介绍了身份认证和信任管理的应用。

第5章介绍了云计算数据安全技术，包括基于属性加密的云存储访问控制、安全外包计算和同态密码、密文搜索技术等新型云计算安全技术，并介绍了移动群智感应中的数据安全共享案例应用。

第6章介绍了数据隐私保护技术，在分析智能制造中隐私泄露风险的基础上，介绍了数据发布共享的隐私保护机制、差分隐私原理与技术，并针对智能制造介绍了智能模型隐私保护的应用案例。

第7章介绍了区块链与数字化供应链。在介绍区块链基本原理的基础上，结合供应商管理和产品追踪溯源，给出了区块链在数字化供应链中的应用。

本书是在作者长期从事密码与信息安全技术研究的基础上编写的，主要由李晖教授、朱辉教授、张跃宇副教授、赵兴文副教授完成。具体撰写分工为： 第1章由李晖、朱辉完成； 第2章由张跃宇、朱辉等完成； 第3章由赵兴文、李晖等完成； 第4章由赵兴文、李晖等完成； 第5章由朱辉、李晖等完成； 第6章由李晖、朱辉等完成； 第7章由李晖完成。在本书撰写过程中，得到了作者团队研究生的大力支持，他们分别是罗屿榕、王枫为、张铭、李效光、闫浩楠、丁晟、郑戈威、杨晓鹏、路世翠、关键、张紫玲。本书的编写也参考了大量国内外专家的研究成果，在此表示衷心感谢！感谢清华大学出版社的大力支持，感谢为本书出版付出辛勤工作的所有相关人员！

智能制造技术仍处于快速发展当中，本书编写人员虽然在信息安全领域具有长期的研究积累，但对智能制造的需求理解并不够深入，水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请各位专家予以批评和指正。

作者2021年3月