أمن وحماية إنترنت الأشياء

إنترنت الأشياء هي عبارة عن مزيج من أنواع مختلفة من الأجهزة الذكية التي يمكن التواصل فيما بينها، عن طريق إرسال و إستقبال البيانات بدون تدخل بشري، باستخدام عدة تقنيات منها، شبكة الإستشعار اللاسلكية (WSN)، وتعريف/مُعَرِّف الترددات الراديوية (RFID)، وذلك من خلال البنية التحتية للشبكات الفيزيائية والحسية. إن عملية تبادل البيانات بين الأجهزة الذكية قد تؤثر على خصوصية الأفراد، وكذلك يمكن أن تؤثر على قضايا أخرى حساسة لها علاقة بالأمن والحماية؛ من الناحية التكنولوجية بشكل عام، وبأمن المستخدمين ومعلوماتهم الشخصية بشكل خاص، ومن هذه القضايا؛ عدم مراقبة الأجهزة التي تحتوي على مستشعرات؛ بالشكل الصحيح، وكذلك عمليات التشويش المتعمَّدة؛ والتي يقوم بها بعض الأشخاص بهدف تعطيل أنظمة التواصل بين هذه الأجهزة الذكية بطريقة غير قانونية وبدوافع التخريب والعبث، وكذلك دراسة التهديدات التي تتعرض لها أنترنت الأشياء (IoT)، وكذلك الآليات والتقنيات المتبعة لإحداث خلل والبحث عن الثغرات الموجودة في طبقات إنترنت الأشياء(IoT)، وكذلك سيتم دراسة البنية التحتية وسجلات الملفات في إنترت الأشياء (IoT).

المقدمة

يمكن تعريف إنترنت الأشياء بعدّة طرق مختلفة، ولقد كان هناك بالفعل عدة تعريفات مختلفة ولكنها تؤدي بالنهاية إلى نفس المعنى ولكن من وجهات نظر مختلفة. بناءاَ على ، فقد قُمتُ بتعريف إنترنت الأشياء على أنه انتشار واسع لعدد كبير من الأشياء أو الأجسام من حولنا مثل؛ مجموعة من الأجهزة الخلوية، المستشعرات والأجهزة الإلكترونية ... وغيرها، والتي يمكن الاتصال فيما بينها من خلال الشبكة اللاسلكية العصرية الحديثة لتحقيق أهداف مشتركة في عدة مجالات مختلفة مثل؛ الصحة الإلكترونية، البيوت الذكية وغيرها. وكذلك التدفق المجاني للكَمّ الهائل من المعلومات التي يتم تناقلها بين مجموعة من الأجهزة المختلفة التي تستخدم الإنترنت كوسيط للاتصال فيما بينها كما هو ظاهر في. إنترنت الأشياء هي ليست تكنولوجيا حديثة، حيث أن أول جهاز تم استخدام هذه التقنية من خلاله هو عبارة عن آلة لبيع الكولا، والتي قام مجموعة من المبرمجين بالدخول إلى هذه الآلة عن طريق الإنترنت لرؤية ما إذا كانت المشروبات التي بداخلها مُبَرَّدة لكي يقرروا بالقيام بزيارة هذه الآلة، حيث أن مكتبهم يقع عدة طوابق فوق هذه الآلة، وقد حدث ذلك عام 1980 في جامعة كارنجي ميلون. إن أول شخص استخدم تعبير إنترنت الأشياء هو كيفين أشتون؛ المدير التنفيذي في معهد ماساشوت للتكنولوجيا (Massachute Institute of Technology MIT) وكان ذلك في عام 1999 عندما قام بالحديث عن الثورة التكنولوجية في إنشاء وتخزين البيانات عن طريق الآلات أو الأجهزة نفسها وبدون تدخل بشري. وفي نفس العام؛ قام نييل جيرشينفيلد بالحديث عن أسس وقواعد إنترنت الأشياء في كتابه المسمى " عندما تبدأ الأشياء بالتفكير When Things Start to Think". وبعد ذلك قامت شركة إل جي LG بالإعلان عن وضع مخططات لاستخدام مثل هذه التكنولوجيا في ثلاجاتها "Internet of Refrigerators"  عام 2000. وبعد ذلك وتحديداَ في عام 2003-2004 قامت وزارة الدفاع الأمريكية بنشر تقنية RFID بشكل كبير وواسع في برامجها التجارية، وبعد ذلك قام الاتحاد الدولي للاتصالات (international telecommunications union ITU) بنشر أول تقرير لها عن موضوع إنترنت الأشياء في عام 2005، وبعد عدة سنوات بدأت شركة Cisco بالتعامل مع موضوع إنترنت الأشياء والتفاعل معه في عام 2008-2009. وفي الوقت الحاضر نلاحظ أن إنترنت الأشياء موجودة في جميع نواحي ومجالات الحياة، وأن هذه المجالات لا بد لها أن تمر من خلال البنية التحتية للأنترنت عبر شبكات الحاسوب والتي تشكل بيئة ومناخ مناسب للمتطفلين والدخلاء على شبكة الحاسوب لمحاولة سرقة المعلومات، لذلك نجد أن قضايا الحماية وأمن المعلومات هي من أهم المسائل التي يجب مراعاتها خلال المراحل الأساسية في التخطيط والبناء لإنترنت الأشياء، وذلك لكي نتجنب أي خطر أو مجازفة متوقعة لها علاقة بالأمن والحماية. لن يتم تقديم أي حلول لمشاكل الأمن والحماية لإنترنت الاشياء من خلال هذا البحث، ولكن سيتم فقط عرض وإستقصاء لمسائل الحماية، التهديدات والهجمات التي يتعرض لها مجال إنترنت الأشياء. في القسم رقم 2 من هذا البحث سيتم تقديم ومناقشة اثنتين من تقنيات الاتصالات وهما شبكة الإستشعار اللاسلكية (WSN) و مُعَرِّف الترددات الراديوية(RFID)  مع الأخذ بعين الاعتبار القضايا المتعلقة بالحماية لكليهما، وكذلك سيتم الأخذ بعين الاعتبار الهجمات على الشبكة والتي تهدف إلى التشويش وحرمان المستخدمين من المقدرة على التواصل من خلال هذه الشبكة. أما القسم رقم 3؛ فسيحتوي على معلومات عن البنية التحتية لإنترنت الأشياء (IoT) وسيتم عرض وسائل الحماية من التهديدات التي تتعرض لها الطبقات المختلفة المكوِّنة لإنترنت الاشياء. وفي القسم رقم 4؛ سيتم مناقشة تصنيفات الحماية الأربعة لنموذج التصنيفات الأمنية لمعلومات الخصوصية (PISC). القسم رقم 5؛ سنُناقش من خلاله كيفية حماية سجلات الملفات (Log files) ومدى كفاءة عمليات التخزين لهذه السجلات في الأجهزة التي تعمل عن طريق انترنت الأشياء. وأخيراً سيحتوي القسم رقم 6؛ على الخُلاصة أو الخاتمة.

وسائل وتقنيات الاتصال والقضايا الأمنية المتعلقة بها

الهدف الرئيسي من انترنت الاشياء هو أن يتم التواصل بين مجموعة مختلفة من الأجهزة الإلكترونية؛ جهاز إلى جهاز (M2M) بطريقة أوتوماتيكية دون أي تدخُّل بشري. وتتم عملية التواصل هذه وسائل الاتصالات التي توفرها تكنولوجيا الاتصالات.

البنية التحتية لإنترنت الاشياء والتهديدات المُصاحبة لها

بداية ًسيتم مناقشة البنية التحتية لإنترنت الأشياء، ومن ثم التهديدات المُصاحِبة لكل طبقة من طبقات إنترنت الأشياء.

البنية التحتية لإنترنت الأشياء

جهاز إلى جهاز آلة إلى آلة هي عبارة عن المستقبل لإنترنت الأشياء حيث أن هناك الملايين من الأجهزة المختلفة المتصلة مع بعضها والتي يتم ادارتها والتحكم بها من خلال عدد كبير من الأجهزة، شبكات الاتصالات والحوسبة القائمة على أساس السحابة حوسبة سحابية. يمكن تقسيم البنية التحتية لإنترنت الأشياء بناءاً على نظام آلة إلى آلة إلى ثلاثة مستويات أو ثلاثة طبقات وهي طبقة الإدراك إدراك حسي، طبقة الشبكة network وطبقة التطبيق application ، ولكل طبقة منها يوجد هناك طبقتان فرعيتان، مما يعطينا ستة طبقات لانترنت الأشياء كما هو واضح في الشكل رقم 1.
لكل طبقة وظيفتها الحصرية الخاصة بها وكذلك بعض التقنيات الأساسية. طبقة الإدراك موجودة في الهيكل العام لإنترنت الأشياء، وهي تحتوي على أجهزة ذكية مثل المستشعرات و المحركات الميكانيكية ... الخ. وظيفة هذه الطبقة هي التصّور العام والتي لها علاقة بجمع البيانات من المعدات والاجهزة والمصادر المختلفة مثل نظام التوقع الكوني GPS، كاميرات المراقبة، المستشعرات، RFID وغيرها ومن ثم القيام بارسال هذه البيانات إلى الأجهزة المقصودة باستخدام تقنية نقل المسافات الأقصر زيجبي وكذلك باستخدام شبكة البلوتوث والعديد من الشبكات اللاسلكية الأخرى. أما طبقة الشبكة فوظيفتها هي عملية نقل موثوق للمعلومات التي تم جمعها من طبقة الإدراك وذلك عن طريق الشبكات المختلفة مثل شبكة الأجهزة النقالة، شبكة الإنترنت وكذلك شبكة البث التلفزيوني. بالنسبة لطبقة التطبيق فهي تعد جوهر البنية التحتية لإنترنت الأشياء، حيث أن الهدف الرئيسي لإنترنت الأشياء هو تطوير العديد من التطبيقات التي من خلالها نستطيع التحكم ونقل المعلومات بين الأجهزة المختلفة، فطبقة التطبيق هي المسؤولة عن استقبال وإعادة إرسال البيانات الواصلة إليها عن طريق طبقة الشبكة، كذلك يقوم بمعالجة البيانات مستخدماً تقنيات المعالجة الذكية، ويلك أيضاً تقنيات تخوله من التحكُّم وفرض السيطرة وذلك لدعم التطبيقات المختلفة والخدمات القائمة على أساس إنترنت الأشياء.

تصنيف أمن معلومات الخصوصية لإنترنت الأشياء

أمن وحماية الخصوصية هي واحدة من أهم القضايا التي تحرص عليها إنترنت الأشياء، وعلى الرغم من ذلك؛ فانه لم يتم  التعمق في دراسة جميع جزئياتها ومعاملتها ككتلة واحدة ولكن كان هناك الكتير من الدراسات المنفضلة لقضايا وأجزاء محددة منها. فقت تم ترتيب أولوياتها وكان المحافظة على أمور الخصوصية المهمة والحساسة من أعلى هذه الأولويات ومن ثم النظر إلى الأمور الأقل أهمية ومن هذا المنطلق لم يتم دراسة جميع أجزائها مرةً واحدة. "أنظمة الواقع الوهمي-المادي(Cyber-physical systems CPS) هي أنظمة هندسية تشمل تفاعل المكونات المادية والحسابية"، والتي تتقاطع مع النقطة الأساسية في أنترنت الأشياء عن طريق إنشاء شبكة من الأجهزة غير المتجانسة. وبالتالي فإن القاسم المشترك بين CPS و IoT هي أن خصوصية المستخدم هي واحدة من أهم القضايا التي يهتم بها كلا النطامين على حد سواء. لكن كلا النظامين CPS\IoT يجذبان المهاجمين والمتسللين، نظراً لأنها تنتشر على نطاق واسع في مواقع حساسة في معظم الدول مثل مواقع الدفاع الوطني، ومختلف الصناعات والمواقع العسكرية وغيرها. هناك خمسة مستويات من إعدادات الخصوصية التي يستخدمها الفيسبوك، والتي يستطيع المستخدم الاختيار فيما بينها، وذلك لمشاركة المعلومات الشخصية والصور وملفات الفيديو مع الآخرين. المستويات الخمسة هي: لي فقط me only، بعض الأصدقاءsome friends، الأصدقاء friends ، وأصدقاء الأصدقاء friends of friends، والجميع everyone . تصنيف أمن معلومات الخصوصية لإنترنت الأشياء ISPC هو مخطط تصنيف هدفه حماية المعلومات الشخصية، ويستخدم في الصحة الطبية وله أيضاً أربعة مستويات من الخصوصية كما هو الحال مع الفيسبوك، وهذه المستويات الأربعة مصنفة حسب درجة الحساسية لكل منها وهي: عالية، متوسطة، منخفضة، وغير مصنفة. مما يوفر مستويات مختلفة من الوصول إلى البيانات، وغالبا ما تكون بشكل شخصي لكل فرد user account أو حسب المناصب فعلى سبيل المثال يستطيع المدير الوصول إلى جميع المعلومات،كذلك صلاحية مجموعة محددة من الموظفين، وصلاحية الموظفين العامين، وصلاحية للجمهور لمشاهدة فقط. ومع ذلك، فإن كلاً من الفيسبوك وISPC أعطت المستخدمين حرية الاختيار بين هذه المستويات من الخصوصية. وقد تم تقسيم الخصوصية إلى خصوصية ثابتة التي تصف المعلومات الشخصية (من نحن) ومحدد الممتلكات الشخصية،...الخ، والخصوصية الديناميكية هي عبارة عن المعلومات التي نقوم بإنشائها ثم تزداد شيئاً فشيئاً بشكل تلقائي وحيوي، مثل سجلّ المكالمات الهاتفية، والمعاملات المصرفية وغيرها، وفي نهاية المطاف يتم إرفاق جميع هذه البيانات إلى البيانات الديناميكية. أما البيانات المشتقة فهي البيانات التي يتم إنشاؤها عن طريق تحليل المعاملات الديناميكية مع مرور الوقت لبناء الملف الشخصي للمستخدمين، ومثال ذلك عندما يقوم الشخص دائماً بشراء مجموعة من الكتب عن طريق موقع إنترنت، فإن هذا الموقع يحدد اهتمامات هذا الشخص في الكتب...وهكذا، ووفقاً لمحاولة دراسة الخصوصية لعدة ثقافات مختلفة فإن النتائج أظهرت أن الخصوصية ليست ثابتة وتتغير بتغيُّر الثقافة للشعوب المختلفة.

الإدارة الآمنة للسجلات في إنترنت الأشياء

منذ انطلاق ثورة الحوسبة، فقد كانت أهم قضية فيها هي إدارة البيانات، والمحافظة على أمنها، والذي يحتاج إلى الكثير من مساحة التخزين للتعامل مع عدد كبير من أجهزة التواصل على شبكة الانترنت. بلغ هذا العدد من الأجهزة المليارات في وقت قصير بعد ظهور إنترنت الأشياء، مما يجعل من الصعب جداً توفير مساحة تخزينة لجميع هذه الأجهزة، لأنها تحتاج إلى التواصل فيما بينها مباشرة ودون تدخل بشري وبالتالي تحتاج إلى مساحة تخزينة أعلى. من هنا أصبحت الحاجة إلى سجل الملفات log files لها أولوية عالية مما يساعد على تصحيح ورصد النظام، بحيث أصبحت المهمة أكثر صعوبة لتوفير المزيد من المساحة التخزينية، ومستوى أعلى في الأمن والحفاظ على سلامة هذه السجلات. كما أسلفنا سابقاً فإن التكنولوجيا تنمو بسرعة وتحتاج إلى مزيد من المساحة التخزينية لأجهزة الاتصال، الأمر الذي يؤدي إلى الحاجة إلى مزيد من المواصفات الأجهزة الجديدة، لا سيما في الذاكرة المؤقتة - الذاكرة الثانوية، حيث يتم تخزين سجل الملفات. ومن المعلوم أيضاً أن سجلات الملفات هي مفيدة جدا في نظام كشف التسلل، ومراجعة أداء النظام، وتصحيح الأخطاء وتساعد في اتخاذ القرارات على أساس تاريخ السجل log history. قدمت واحدة من إلاضافات التي قامت إنترنت الأشياء بإضافتها، هي إنتاج وتخزين السجلات في الوقت الحقيقي real time من أجل سهولة استرجاع سجلات الملفات. تصنيف سجلات الملفات من أجل التخلص من كافة السجلات التي لا صلة لها بالموضوع هي وسيلة للحفاظ على سجلات ومساحة تخزينية كافية. ومما يجعل عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها أسهل للمطورين والباحثين. بعض من أدوات سجلات الملفات الشعبية هي تيبكو TIBCO، لوجي Loggly، واتس-أب الذهبية  WhatsUpGold  ، سبلانك Splunk وغيرها.

الملخص

في البداية، لقد قمت بذكر العديد من التعريفات الخاصة بإنترنت الأشياء، فوجدت أن التعريف الأشمل لإنترنت الأشياء؛ هو مزيج من أنواع مختلفة من الأجهزة الذكية التي يمكن التواصل فيما بينها، عن طريق إرسال و إستقبال البيانات، بدون تدخل بشري، باستخدام عدة تقنيات، منها شبكة الإستشعار اللاسلكية (WSN)، وتعريف/مُعَرِّف الترددات الراديوية (RFID)، وذلك من خلال البنية التحتية للشبكات الفيزيائية والحسية. ثم قمت بتلخيص شبكة الإستشعار اللاسلكية (WSN) والتي هي تقنية يتم من خلالها ربط العديد من الأجهزة الطرفية nodes عن طريق شبكة الاتصال اللاسلكية باستخدام أجهزة بث واستقبال أمواج الراديو بتردداتfrequency  وعرض نطاقbandwidth  محدودين، ويجب أن تحتوي الأجهزة الطرفية على مجسات، متحكمات صغيىرة الحجم، ذاكرة للتخزين، أجهزة بث واستقبال أمواج الراديو وكذلك بطاريات. وبعد ذلك وجدت أن مُعَرِّف الترددات الراديوية(RFID) هي عبارة عن تقنية تستخدم ترددات الامواج الراديوية للتفاعل ونقل المعلومات بطريقة تلقائية وميكانيكية بين بطاقة التعريف information tags والتي عادةً توضع على الأجهزة والمنتجات لاعطاء البيانات –وتشبه إلى حد كبير ما يسمى barcode – ولكن دون الجاجة ان تكون الأجهزة التي تتبادل المعلومات في نفس خط الأُفق أو الرؤية، وتَستخدم RFID  تقنية تسمى التكنولوجيا اللاسلكية لتحديد الهوية التلقائي وإلتقاط البيانات (AIDC)  وكذلك قمت بتعريف EPC وكيف أنها تقوم بتحديد هوية المُنتَج عالمياً، ثم تحدثت عن قضايا الأمن والحماية في كل من WSN  و RFID، وكذلك تطرقت أيضاً إلى التهديدات اللتان يتعرضان لها. وكذلك شملت الدراسة التي قمت بها على معلومات عن البنية التحتية لإنترنت الأشياء وعن الطبقات الثلاثة المكونة لها وهي طبقة الإدراك، وطبقة الشبكة، وطبقة التطبيق، وتناولت أيضاً التهديدات و الأمن والحماية لهذه الطبقات الثلاثة، وكذلك كان PISC والذي يتحدث عن الخصوصية والسرية، ودراسة الحالة case study المصاحبة لها والتي تحتوي على بعض المعادلات الحسابية والتوزيع البياني للخصوصية والسرية حاضراً في بحثي، ثم تحدثت عن أهداف الأمن والحماية الأربعة، وفي النهاية قمت بإعطاء بعض المعلومات القيمة عن إدارة أمن السجلات في إنترنت الأشياء. وبعد الانتهاء من البحث الخاص بي توصلت إلى أن عالم إنترنت الأشياء ينتشر شيئاً فشيئاً، وأرى أنه وفي المستقبل القريب سيصبح عدد الأجهزة الذكية  التي ستتصل بهذا النظام عدد ضخم جداً وهائل، وعليّ القول أن هناك الكثير من الأمور الايجابية التي نحصل عليها من خلال انترنت الأشياء والتي تجعل حياتنا اليومية أسهل، أما ما يخص قضايا الأمن والحماية، فهناك الكثير من الدراسات والتقنيات ومستوى عالِ من التحسينات الحاصلة على خصوصية الأفراد والمجتمعات، ولكن وكما أسلفت سابقاً أن هناك العديد من التحديات التي تمنع العلماء والباحثين من حل  كل مشاكل الخصوصية، ومنها التكلفة العالية لحل مثل هذه المشاكل وكذلك وجهات النظر المختلفة الناجمة من الثقافات والمجتمعات المختلفة وغيرها. وفي النهاية؛ قد أقوم بإضافة بعض التعديلات على هذه الدراسة بإلتعمق وإيجاد حلول أفضل لمشاكل الأمن والحماية والتي يتعرض لها نظام إنترنت الأشياء، وهذه الحلول في حال وجودها ستجعل انترنت الاشياء هي التكنولوجيا الرائدة والمتميزة والأولى بين جميع التكنولوجيا المحيطة حول العالم.