物联网实验教程(物联网安全实验)

 

「看见新视界」栏目由阿里云创新中心出品，分享不同行业专家对于科技创新领域的新观点、新洞察，看见创新背后的新视界。

近十年来，全球物联网建设速度加快，数以亿计的物联网硬件设备正在被加速部署，在万物互联的时代，人们每天的衣食住行都会与物联网息息相关。

1月12日下午，由阿里云创新中心主办的 看见创新力量——阿里云科技创新年会暨阿里巴巴诸神之战年度盛典暨阿里巴巴-浙江大学前沿技术联合研究中心（AZFT）年会在杭州举行。浙江大学计算机学院副教授高艺出席会议并围绕虚实融合的物联网实验平台主题展开分享，小编对相关内容进行了整理，做了不改变原意的删减、编辑，分享给大家。

随着物联网传输技术、平台应用等基础设备的大规模铺垫，物联网在教学领域的应用研发也担任着重要角色。如同创业者要把想法转变成原型系统，去说服投资人一样，物联网实验平台也需要从教学最初、到原型系统、再到进入应用开发的完整生态。

然而，在传统的物联网开发模式下，开发者从想法构思到应用在真实场景是一个非常复杂的过程。物联网应用过程不同于移动互联网。移动互联网目前主要分为安卓、IOS两大阵营，硬件开发只需围绕这两个阵营展开，难度相对较小。

物联网应用开发流程则更加复杂。如果开发者预想做一个智慧门锁应用，首先需要确认硬件方案，但物联网的硬件系统千奇百怪，针对不同硬件、所使用的开发工具也不一样；其次，需要确认软件的开发系统，包括操作系统、网络协议栈、通信能力等；之后，开发者需要找到对应领域的前端、后端、嵌入式、AI等领域的技术人员进行开发操作；之后，还有技术测试、工厂生产、再次测试、大规模部署等一系列流程要走。

同样的，物联网实验平台在教学领域也遇到了非常多的问题。学生需要一间设备齐全的标准化实验室，并根据分发的各类实验箱进行实验开发，物联网实验教学在一定程度上受到对硬件的强依赖性限制，故而产生了两个难题，一是如何解决设备异构性的挑战，二是如何解决硬件的依赖性。

随着物联网应用场景的快速发展，传统物联网开发流程中的弊端也越发突出。应用碎片化、硬件多样性和兼容、软硬件协同等成为物联网实验平台在教学环境中的难题，这些问题造成了物联网应用开发周期长、门槛高的弊端。

为了解决设备异构性难题，我们团队设计了物联网软硬件一体化开发平台TinyLink，这是一个对新手开发者非常友好的物联网IoT快速开发系统，具有自顶向下的开发模型，改变了传统的物联网开发流程，大大降低了物联网开发门槛。

一般物联网的应用由设备端、云端、客户端三类代码组成，这三端技术开发需要不同专业的技术人员进行操作，整个过程非常复杂，于是，我们开始思考，是否能在统一平台上完成整个流程以突破设备异构性难题。

互联网小常识：网络系统安全必须包括3个机制：安全防护机制、安全监测机制与安全恢复机制。

TinyLink2.0就是这个解决方案。开发者只需分析相应的业务需求和应用逻辑，编写一段代码放在TinyLink平台上，通过交叉编译，一次性生成三端所需的全部代码，就可以将想表达的应用场景展示出来。对开发者来说，非常便利，减少了学习成本。

考虑到实验教学场景的便捷性，我们团队也专注于攻克硬件依赖性难题。

在过去几年，我们团队和阿里巴巴-浙江大学前沿技术联合研究中心（AZFT）物联网实验室的同事联手打造了物联网远程实验平台LinkLab。LinkLab具备远程实验、在线判题、场景仿真等功能，它最显著的优势在于，省去繁琐硬件连接，让开发者使用少量代码即可便捷完成物联网技术，可以应用在物联网教学、科研、应用测试等场景中。我们还在远程搞一个机房，用户可以通过浏览器去访问硬件。

LinkLab拥有三项关键技术：第一，基于多租户设备复用的高并发。传统线下实验室模式下，一用户就需要占用一套实验设备。而LinkLab将开发板在时间、空间、细粒度权限等方面进行重新分配，一个开发板机柜可同时支撑数百人进行物联网实验。

第二，远程开发与线下模拟协同。业界目前已有不少虚拟仿真平台，哈佛大学、亚马逊等都研发了模拟器，但是他们都无法同时达到远程开发和线下保持一致的水平。在物联网实验教育环境下，学生实验中所编写的代码无法在真实场景中测试应用效果也是一大难题。LinkLab利用远程开发与线下模拟协同技术可以实现用户在线上编写的代码一键部署到线下，成功破解了这一难题。

互联网小常识：非对称加密技术对信息的加密与解密使用不同的密钥，用来加密的密钥是可以公开的，用来解密的私钥是需要保密的，因此又被称为公约加密技术。非对称加密技术可以大大简化密钥的管理，网络中n个用户之间进行通信加密，仅仅需要使用n对（2n个）密钥就可以了。常用的加密算法RSA、DSA、PKCS、PGP等。

第三，虚实场景融合。物联网一定是最终应用在现实场景中，且场景是千差万别的。LinkLab虚拟场景开发平台可以让用户足不出户、无硬件情况下拥有最新最完全的沉浸式场景开发体验。在物联网实验教育实践时，学生无需异构硬件和各类实验箱，利用LinkLab的虚拟场景进行开发，即可还原真实场景的应用。

比如我们设计的智慧家居场景中，有风扇、窗帘、灯等常用家具设备，开发者在LinkLab虚拟场景平台上直接编写好三端，一键下发之后，就可以在真实场景中构造相同的应用，实现线上线下虚实之间的融合。

这其中的最大难点是智能家居的交互应用。对于教学场景而言，如何解决开发者在开发应用之后实现快速交互功能也是关键。我们又研发出虚拟传感中心技术来解决这个难题，把所有硬件传感器接口全部接到虚拟传感中心来，它可以灵活分配到各种各样的模型上，这样就打通了虚实融合的最后一步。

基于以上关键技术，LinkLab作为教学实验平台，目前已经与阿里云及众多高校进行合作应用，致力于为中国物联网事业培养更多人才。未来，LinkLab可凭借无需硬件、远程开发、全栈技术等显著特色，打破物联网实验教学平台的时空限制，助力解决物联网教育面临的上手难、开发难和部署难三大关键难题。

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