[论文解读] VISCR: Intuitive & Conflict-free Automation for Securing the Dynamic Consumer IoT Infrastructures.

Vasudevan Nagendra, Arani Bhattacharya+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2019

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 54被引用 8

一句话总结

VISCR 是一种与厂商无关的、基于图的策略规范与冲突消解框架，可将异构的物联网自动化策略（如 SmartThings、OpenHAB、IFTTT 和 MUD 的策略）转换为统一的抽象树，实现无冲突的策略执行。它检测出 907 个物联网应用中 37.7%（342 个）存在错误或冲突，相比现有最先进工具将分析时间减少 14.2 倍，并支持亚秒级的策略自适应。

ABSTRACT

Consumer IoT is characterized by heterogeneous devices with diverse functionality and programming interfaces. This lack of homogeneity makes the integration and security management of IoT infrastructures a daunting task for users and administrators. In this paper, we introduce VISCR, a Vendor-Independent policy Specification and Conflict Resolution engine that enables conflict-free policy specification and enforcement in IoT environments. VISCR converts the topology of the IoT infrastructure into a tree-based abstraction and translates existing policies from heterogeneous vendor-specific programming languages such as Groovy-based SmartThings, OpenHAB, IFTTT-based templates, and MUD-based profiles into a vendor-independent graph-based specification. Using the two, VISCR can automatically detect rouge policies, conflicts, and bugs for coherent automation. Upon detection, VISCR infers new policies and proposes them to users as alternatives to existing policies for fine-tuning and conflict-free enforcement. We evaluated VISCR using a dataset of 907 IoT apps, programmed using heterogeneous automation specifications in a simulated smart-building IoT infrastructure. In our experiments, among 907 IoT apps, VISCR exposed 342 of IoT apps as exhibiting one or more violations. VISCR detected 100% of violations reported by existing state-of-the-art tool, while detecting new types of violations in an additional 266 apps. In terms of performance, VISCR can generate 400 abstraction trees (used in specifying policies) with 100K leaf nodes in <1.2sec. In our experiments, VISCR took 80.7 seconds to analyze our infrastructure of 907 apps; a 14.2X reduction compared to the state-of-the-art. After the initial analysis, VISCR is capable of adopting new policies in sub-second latency to handle changes.

研究动机与目标

• 解决在异构且动态变化的消费级物联网基础设施中实现一致策略规范的挑战。
• 检测并解决现有工具未能发现的策略冲突、恶意策略及自动化错误。
• 提供一种统一、直观且无冲突的策略规范机制，独立于厂商特定的编程语言。
• 在动态物联网环境中实现高效、可扩展且低延迟的策略执行与自适应。

提出的方法

• 将厂商特定的物联网自动化策略（Groovy、OpenHAB、IFTTT、MUD）转换为与厂商无关的基于图的规范模型。
• 从物联网基础设施拓扑结构构建抽象树，以表示设备间的关系与策略依赖。
• 采用策略协调引擎与 PRECEDENCE 操作符，自动解决冲突并生成无冲突的策略图。
• 对图模型进行静态分析，以检测编译时冲突、循环、访问违规、代码逻辑错误及恶意策略。
• 当冲突仍无法自动解决时，推断并为用户提供优化后的策略建议以供手动调整。
• 在初始分析后支持亚秒级的策略采纳，实现实时响应基础设施变化的能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将来自不同框架的异构物联网策略规范统一为无冲突、与厂商无关的模型？
• RQ2 哪些技术能够检测物联网自动化策略中此前未被发现的错误与冲突，包括恶意策略和循环引发的故障？
• RQ3 如何在保留用户意图的同时实现策略推理与消解的自动化，并将误报率降至最低？
• RQ4 与基于模型检测的方法相比，基于图的抽象在策略分析中能在多大程度上提升可扩展性与性能？

主要发现

• VISCR 检测到 907 个物联网应用中 342 个（占 37.7%）存在一个或多个策略违规，显著优于现有最先进工具仅检测出 8.4% 的此类冲突。
• VISCR 在现有最先进工具报告的违规中实现了 100% 的召回率，同时识别出 266 个此前未被发现的新违规。
• 该框架将 907 个应用的智能建筑基础设施的策略分析时间缩短至 80.7 秒，相比最佳现有工具提速 14.2 倍。
• VISCR 在 1.2 秒内生成了 400 个抽象树，包含 10 万个叶节点，展现出极高的可扩展性。
• 在初始分析后，VISCR 支持亚秒级延迟的新策略采纳，实现实时响应动态物联网环境变化的能力。
• 该系统误报率低于 3.8%，表明其在违规检测中具有高精度。