邊緣計算設備的安全性面臨分布式部署、資源受限（算力 / 存儲 / 帶寬）、網(wǎng)絡環(huán)境復雜（多無線連接）、物理接觸易被篡改等獨特挑戰(zhàn)，因此其安全技術需在 “安全性” 與 “輕量化適配” 之間平衡。以下從設備自身安全、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡安全、身份認證、安全管理、新興技術賦能六大核心維度，梳理可提升邊緣計算設備安全性的關鍵技術，每個技術均結合邊緣場景的適配性展開說明：

一、設備自身安全：筑牢硬件與固件的 “第一道防線”

邊緣設備易因物理接觸（如工業(yè)場景的現(xiàn)場部署、消費端的智能家居設備）被篡改或植入惡意程序，需從硬件底層和固件層面強化安全。

硬件安全加固技術

可信平臺模塊（TPM/SE）：在邊緣設備中集成微型加密芯片（如 TPM 2.0 或安全元件 SE），存儲設備密鑰、身份證書等敏感信息，防止密鑰被提取或篡改。例如工業(yè)邊緣網(wǎng)關通過 TPM 生成唯一設備密鑰，確保硬件身份不可偽造。

硬件級隔離：利用 CPU 的虛擬化技術（如 ARM TrustZone、Intel SGX）劃分 “安全域” 與 “普通域”，將加密運算、密鑰管理等核心安全操作放在安全域中，即使普通域被入侵，安全域的數(shù)據(jù)也不會泄露。適合需處理敏感數(shù)據(jù)的邊緣設備（如金融終端、醫(yī)療邊緣節(jié)點）。

防物理篡改設計：通過硬件觸發(fā)機制（如電壓異常檢測、外殼拆解傳感器），當設備被物理篡改時，自動擦除敏感數(shù)據(jù)或鎖定設備，避免硬件被拆解后核心信息泄露（如工業(yè)控制領域的邊緣 PLC 設備）。

固件安全技術

安全啟動（Secure Boot）：邊緣設備啟動時，按順序驗證固件（Bootloader、OS 內(nèi)核、驅動）的數(shù)字簽名，僅加載簽名合法的固件，防止惡意固件被植入。例如嵌入式邊緣設備通過 UEFI Secure Boot，確保啟動流程未被篡改。

固件簽名與完整性校驗：廠商對發(fā)布的固件進行數(shù)字簽名，邊緣設備接收固件（如 OTA 更新）時，先校驗簽名和哈希值（如 SHA-256），確認固件未被篡改后再安裝，避免惡意固件通過更新入侵（如智能家居的邊緣傳感器固件更新）。

固件漏洞防護：采用 “最小化固件” 設計，刪除冗余代碼和未使用功能（如禁用不必要的端口、服務），減少漏洞攻擊面；同時定期掃描固件漏洞（如使用專用的嵌入式漏洞掃描工具），通過輕量化 OTA 推送補丁，解決邊緣設備分散、更新難的問題。

二、數(shù)據(jù)安全：保護邊緣端 “數(shù)據(jù)全生命周期” 隱私

邊緣設備需處理 / 存儲敏感數(shù)據(jù)（如工業(yè)設備參數(shù)、用戶隱私數(shù)據(jù)），且數(shù)據(jù)常在 “邊緣 - 邊緣”“邊緣 - 云端” 流轉，需覆蓋 “存儲 - 傳輸 - 處理” 全鏈路安全。

數(shù)據(jù)加密技術（輕量化適配）

存儲加密：對邊緣設備本地存儲的敏感數(shù)據(jù)（如設備配置、歷史運行日志）采用輕量級加密算法（如 AES-128、ChaCha20）加密，避免設備被物理竊取后數(shù)據(jù)泄露。例如智能攝像頭的本地錄像通過 AES-128 加密存儲，即使內(nèi)存卡被拆走也無法讀取。

傳輸加密：針對邊緣設備的多網(wǎng)絡場景（Wi-Fi、藍牙、LoRa、5G），采用端到端加密協(xié)議，確保數(shù)據(jù)在傳輸中不被竊聽或篡改：

短距離連接（如藍牙）：使用藍牙 5.0 + 的 AES-CCM 加密；

廣域低功耗連接（如 LoRaWAN）：采用 LoRaMac 加密協(xié)議；

邊緣 - 云端傳輸：用 TLS 1.3（輕量化版本如 TLS 1.3 with PSK），減少握手過程的算力消耗，適配邊緣設備資源限制。

數(shù)據(jù)脫敏與隱私保護

本地數(shù)據(jù)脫敏：邊緣設備在處理敏感數(shù)據(jù)時（如用戶身份證號、工業(yè)設備敏感參數(shù)），通過 “字段替換”“部分屏蔽” 等方式脫敏（如將 “110101199001011234” 改為 “110101********1234”），僅向云端或其他節(jié)點傳輸脫敏后的數(shù)據(jù)，減少原始數(shù)據(jù)泄露風險。

聯(lián)邦學習（Federated Learning）：邊緣設備在本地訓練 AI 模型（如異常檢測模型），僅上傳模型參數(shù)（而非原始數(shù)據(jù)）至云端或協(xié)同節(jié)點，通過 “數(shù)據(jù)不動模型動” 保護數(shù)據(jù)隱私，同時避免原始數(shù)據(jù)傳輸中的安全風險（適合工業(yè) AI 質(zhì)檢、智能家居行為分析等場景）。

數(shù)據(jù)完整性校驗

對邊緣設備間流轉的數(shù)據(jù)（如工業(yè)場景的設備指令、傳感器數(shù)據(jù)）附加哈希值（如 SHA-256）或消息認證碼（MAC），接收方校驗哈希值是否匹配，確保數(shù)據(jù)未被篡改（如邊緣控制器向執(zhí)行器發(fā)送指令時，通過 MAC 校驗指令完整性）。

三、網(wǎng)絡安全：應對邊緣復雜網(wǎng)絡環(huán)境的攻擊風險

邊緣設備常接入開放網(wǎng)絡（如公共 Wi-Fi、工業(yè)無線），易遭遇 DDoS、端口掃描、中間人攻擊，需通過 “隔離 + 檢測 + 防御” 構建網(wǎng)絡安全屏障。

網(wǎng)絡隔離與邊界防護

軟件定義邊界（SDB）：摒棄傳統(tǒng) “內(nèi)外網(wǎng)邊界” 思維，為邊緣設備動態(tài)創(chuàng)建 “零信任安全邊界”—— 僅授權設備可通過加密隧道訪問邊緣節(jié)點，未授權設備無法感知邊緣網(wǎng)絡存在，適合分布式邊緣場景（如跨區(qū)域的工業(yè)邊緣集群）。

虛擬局域網(wǎng)（VLAN）/ 微分段：將邊緣設備按功能（如工業(yè)場景的 “傳感器組”“控制器組”）劃分 VLAN，或通過微分段技術（如基于 SDN 的網(wǎng)絡切片）限制不同組間的通信，即使某一組設備被入侵，攻擊也無法擴散到其他區(qū)域。

無線連接安全：針對邊緣設備常用的無線協(xié)議（如 Wi-Fi 6、5G），啟用協(xié)議內(nèi)置的安全機制 ——Wi-Fi 6 用 WPA3（替代易破解的 WPA2），5G 用 256 位加密算法（如 EAP-AKA'），防止無線信號被竊聽或破解。

輕量級入侵檢測與防御（IDS/IPS）

邊緣設備算力有限，無法運行傳統(tǒng)重量級 IDS/IPS，需部署輕量級 IDS/IPS：

基于規(guī)則的檢測：預設常見攻擊規(guī)則（如端口掃描、DDoS 流量特征），實時匹配網(wǎng)絡流量，發(fā)現(xiàn)異常后阻斷（如禁止頻繁訪問 22 端口的 IP）；

輕量化機器學習模型：用小參數(shù)量模型（如決策樹、輕量化神經(jīng)網(wǎng)絡）分析流量特征（如數(shù)據(jù)包大小、傳輸頻率），識別未知異常（如工業(yè)場景的異常指令發(fā)送頻率），模型訓練可通過聯(lián)邦學習在本地完成，減少算力消耗。

四、身份認證與訪問控制：防止未授權操作與入侵

邊緣設備數(shù)量多、分布散，易被未授權訪問（如物理接觸后登錄、遠程非法連接），需通過 “強認證 + 細粒度授權” 管控訪問權限。

多因素身份認證（MFA）

結合邊緣設備特性，采用 “設備指紋 + 密碼 / 生物識別” 的 MFA 方案：

設備指紋：提取邊緣設備的硬件特征（如 CPU 序列號、MAC 地址、傳感器校準參數(shù)）生成唯一指紋，作為身份認證的 “第一因素”；

第二因素：根據(jù)場景選擇 —— 工業(yè)設備用硬件密鑰（如 USBKey），消費設備用生物識別（如攝像頭人臉、指紋傳感器）或短信驗證碼，確保即使密碼泄露，未授權者也無法登錄。

基于角色的訪問控制（RBAC）與零信任授權

RBAC：按 “角色” 分配邊緣設備的操作權限（如 “運維人員” 可更新固件、“普通用戶” 僅查看數(shù)據(jù)），避免權限過度授予（如禁止普通用戶修改設備配置）；

零信任授權：遵循 “永不信任，始終驗證” 原則，即使已認證的用戶 / 設備，每次訪問邊緣資源時仍需驗證權限（如每次讀取敏感數(shù)據(jù)前，校驗用戶角色和設備狀態(tài)），并根據(jù)風險動態(tài)調(diào)整權限（如設備處于異常網(wǎng)絡環(huán)境時，臨時限制其上傳數(shù)據(jù)）。

設備身份管理（DIM）

搭建邊緣設備身份管理平臺，為每個設備分配唯一數(shù)字證書（如 X.509 證書），證書由可信 CA 機構簽發(fā)，設備間通信或訪問云端時，通過證書驗證身份，防止偽造設備接入網(wǎng)絡（如智慧城市中的邊緣感知設備，通過 DIM 平臺統(tǒng)一管理證書，避免虛假設備上傳假數(shù)據(jù)）。

五、安全管理與監(jiān)控：實現(xiàn)邊緣設備的 “集中化安全運維”

邊緣設備分散在不同場景（如工廠車間、戶外基站、家庭環(huán)境），手動運維難度大，需通過技術實現(xiàn) “實時監(jiān)控、主動防御、快速響應”。

集中式安全管理平臺

平臺具備三大核心能力：

實時狀態(tài)監(jiān)控：收集邊緣設備的安全指標（如固件版本、漏洞狀態(tài)、網(wǎng)絡連接情況），可視化展示設備安全健康度，發(fā)現(xiàn)異常（如設備離線、固件版本過低）時自動告警；

遠程安全操作：支持遠程推送安全補?。∣TA 更新）、配置防火墻規(guī)則、重啟異常設備，減少現(xiàn)場運維成本（如工業(yè)場景的邊緣網(wǎng)關，通過平臺遠程修復漏洞）；

安全策略統(tǒng)一下發(fā)：向不同區(qū)域、不同類型的邊緣設備統(tǒng)一推送安全策略（如加密算法配置、IDS 規(guī)則），確保所有設備安全策略一致，避免因配置差異產(chǎn)生漏洞。

日志管理與審計

邊緣設備本地存儲輕量化日志（操作日志、安全日志），并定期向管理平臺上傳日志，平臺對日志進行結構化分析和留存，用于：

安全審計：追溯用戶操作（如誰在何時修改了設備配置）、攻擊行為（如某 IP 在何時嘗試暴力破解）；

事件溯源：發(fā)生安全事件（如數(shù)據(jù)泄露）后，通過日志定位攻擊路徑和原因（如日志顯示某未授權 IP 曾成功登錄設備）。

安全告警與響應自動化

基于預設規(guī)則或 AI 模型，對邊緣設備的安全事件（如入侵檢測告警、固件篡改告警）進行分級（高 / 中 / 低風險），并觸發(fā)自動化響應：

低風險（如端口掃描）：自動阻斷攻擊 IP；

中風險（如固件校驗失?。烘i定設備并通知運維；

高風險（如數(shù)據(jù)泄露）：切斷網(wǎng)絡連接、擦除敏感數(shù)據(jù)，防止風險擴大。

六、新興技術賦能：提升邊緣安全的智能化與分布式能力

區(qū)塊鏈技術

利用區(qū)塊鏈的 “去中心化、不可篡改” 特性，解決邊緣設備的身份認證和數(shù)據(jù)完整性問題：

身份認證：將邊緣設備的指紋、證書等信息寫入?yún)^(qū)塊鏈，設備間通過區(qū)塊鏈驗證身份，無需依賴中心化 CA，適合跨機構的邊緣協(xié)同場景（如多個企業(yè)的工業(yè)邊緣節(jié)點互聯(lián)）；

數(shù)據(jù)溯源：邊緣設備處理的數(shù)據(jù)哈希值寫入?yún)^(qū)塊鏈，接收方通過區(qū)塊鏈驗證哈希值，確保數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到傳輸未被篡改（如農(nóng)產(chǎn)品溯源場景的邊緣傳感器數(shù)據(jù)）。

人工智能（AI）與機器學習（ML）

除了之前提到的輕量級異常檢測，AI 還可用于：

惡意代碼檢測：在邊緣設備部署輕量化 ML 模型，實時分析進程行為、文件特征，識別未知惡意代碼（如針對嵌入式系統(tǒng)的惡意固件）；

安全風險預測：通過 AI 分析邊緣設備的歷史安全數(shù)據(jù)（如漏洞出現(xiàn)頻率、攻擊類型），預測未來可能面臨的風險，提前推送防御策略（如預測某型號邊緣網(wǎng)關易受 DDoS 攻擊，提前配置抗 D 規(guī)則）。

核心原則總結：邊緣安全技術的 “3 個適配”

資源適配：所有技術需輕量化（如輕量級加密、小參數(shù)量 ML 模型），避免占用邊緣設備過多算力 / 存儲；

場景適配：工業(yè)邊緣設備側重 “物理防篡改 + 數(shù)據(jù)完整性”，消費邊緣設備側重 “隱私保護 + 便捷認證”，需按需組合技術；

成本適配：邊緣設備數(shù)量多、成本敏感，優(yōu)先選擇低成本且高效的技術（如軟件定義邊界替代硬件防火墻，OTA 更新替代現(xiàn)場補?。?。

審核編輯 黃宇