多无线接入技术物联网设备的激增——特别是那些在LoRaWAN、5G/4G蜂窝网络、Meshtastic网状网络、大疆OcuSync等专有协议、MAVLink遥测链路、Wi-Fi以及卫星等多种技术间运行的无人机——为采用零信任架构带来了一个根本性且迄今未经审视的挑战。在无线接入技术之间的每一次转换都构成了一次信任边界跨越:设备退出一个网络信任域并进入另一个,这可能导致认证状态、设备证明和上下文信任信号失效。当前的零信任架构框架假设相对稳定的网络环境,并未解决移动物联网部署中频繁、动态的无线接入技术切换所带来的信任影响。

对多无线接入技术物联网环境中的信任状态管理进行了系统的定性分析,并以无人机操作为主要案例研究。我们形式化了信任边界跨越事件的概念,描述了跨越七个代表性无线接入技术家族的信任状态转换,并引入“信任可移植性”作为一个一等架构概念:即密码学信任证据能够以有限的计算和能量成本,在无线接入技术切换中持续存在的能力。识别出零信任“永不信任,始终验证”的原则与移动物联网设备在每次网络转换时必须重新建立信任的资源限制之间的根本矛盾。分析表明,在多无线接入技术环境中简单实施零信任架构会产生重新认证成本,这可能消耗受限设备通信功率预算的很大一部分,从而催生了需引入能耗感知的信任优化指标的需求。开发了一个包含四种转换类型的分类法,引入了时间性信任衰减模型,将无线接入技术分析扩展至包括低功耗蓝牙在内的八个家族,为信任可移植性构件定义了形式化的安全属性,分析了并行多无线接入技术操作的信任组合,并将该框架置于欧盟和联邦航空管理局的远程身份识别法规背景下进行了论述。最后,明确了能耗感知信任指标的形式化要求,为后续在资源受限环境中实现信任高效的零信任架构工作奠定了基础。

本文做出以下贡献:1. 对包括开放标准、专有和短距协议在内的八个物联网无线接入技术家族的信任相关属性进行了系统化描述。2. 提出了具有不同信任成本影响的无线接入技术转换类型分类法。3. 对信任边界跨越事件进行了形式化,并建立了时间性信任衰减模型。4. 引入了具有形式化指定安全属性的信任可移植性,并分析了并行多无线接入技术操作的信任组合。5. 进行了一个包含完整数值算例的定性案例研究,分析了信任动态、功耗成本和威胁暴露。6. 在远程身份识别法规背景下进行了论述,并明确了能耗感知信任优化指标的形式化要求。

第二节提供了关于零信任架构和多无线接入技术物联网架构的背景知识,特别关注无人机专用的通信协议。第三节综述了相关工作并指出了研究空白。第四节提出了信任边界模型。第五节介绍了信任可移植性机制。第六节展开了无人机案例研究。第七节讨论了影响并联系了未来工作。第九节为结论。

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