联合国称：到2050年，世界人口预计将超过90亿。根据联合国粮食及农业组织的数据，人口的这种增长需要将粮食生产率提高近 70%。这种快速增长的人口还会带来其他的问题，例如竞争日益激烈的土地、水和其他自然资源的竞争和开发。这些问题迫切需要减少粮食系统对环境的依赖，因此需要一种新型农业模式来满足不断增长的粮食和作物生产需求。
智慧农业技术和精准农业模式因满足全球粮食供应需求的潜力而获得越来越多的关注。智慧农业技术涉及技术和数据驱动的农业应用程序的集成，以提高作物产量和食品质量。全球范围内有许多智慧农业的案例，例如，在智利使用放置在土壤中的遥感器测量蓝莓灌溉量已将农业用水量减少了 70%；在印度，农场数据已被用于预测和预防作物病害，从而降低了与作物歉收相关的风险等。
智慧农业通过采用大数据分析来提供有关整个农业过程的方案，已经影响了整个食品供应链，通过促进实时运营决策，并彻底改变现有的农业商业模式。尽管有利于该行业的生产力，但异构互联网连接设备的使用暴露了智慧农业存在潜在的网络攻击和漏洞风险。
2017 年，农业、食品和相关行业为美国国内生产总值贡献了 1.053 万亿美元，农业对欧盟GDP 的贡献为 1.2%，而欧盟的农业工业在 2017 年创造了1885 亿欧元的总产值，创历史新高。在 226 个国家中，有 9 个国家将农业部门作为其经济的主导部门。全球大多数国家都出口农产品，因此，网络漏洞会对全球粮食安全产生重大影响。
根据世界卫生组织的数据，每年有420,000 人死于与食物有关的疾病，6 亿人因食物被细菌、病毒、毒素或化学物质污染而生病。针对农场、运输系统或食品加工工业控制系统 (ICS) 的食品生态系统网络攻击可能会成倍增加这些数字。如果没有持续监控，对智慧农业技术的网络攻击可能会对生态系统中的多个利益相关者产生严重影响。这些群体包括农民、最终消费者、食品加工业、农业合作社、牲畜、政府机构和严重依赖进出口农业的国家。
智慧农业中各个利益相关者之间端到端交互的模型
一、智慧农业景观与架构
智慧农业架构在边缘或云层收集的大量数据，并强调了对各种多云或边缘云场景的需求。总体架构由四层组成：物理层、边缘层、云层和网络通信层。
多层智能农业架构
1、物理层
该架构的底层包括分布在农业农场或温室建筑中的真实物理传感器和网关设备。这些设备包括在空中飞行的无人机、自动拖拉机、嵌入牲畜中的传感器，或安装用于在智能对象之间或与中央云之间提供通信的集线器设备。这些设备负责数据感知，并根据收集到的信息，帮助驱动其他设备实现各种智慧农业用例。收集有关天气状况、土壤湿度水平或牛体温的实时信息，这些信息可以发送到边缘或云支持的智能决策系统，以提供建议并实现自动化。例如，从田间土壤湿度传感设备收集的数据在边缘或云端处理后，可以帮助确定农场所需的水量，优化灌溉计划并为最终农民提供便利的体验。
2、边缘层
该层靠近终端用户和终端设备，用于本地实时计算和决策。它减少了集中式云层的计算负载以及网络负载。边缘计算层由多个边缘节点组成。每个节点代表一个网关，包括以下服务：数据捕获、安全监控和检测、预测和实时决策支持。数据捕获服务包括实时数据流的数据聚合、过滤、加密和编码。
它们可以在部署安全监控和检测机制时，对异常事件进行实时监控，并将这些事件分类为恶意或良性。例如作物产量的预测、植物或牲畜健康的分类、关于一块土地所需的肥料和水量的预测，以最大限度地提高产量，或估算土壤侵蚀。
3、云层
精准农业 (PA) 和云计算范式为增强 PA 连接提供了进步。云层通常在数据中心进行虚拟化，并使用 Internet 与其他层进行通信。通常，这些云层平台遵循PaaS架构模型，用户可以专注于运行应用程序和导入数据。
4、网络通信层
目前大多数技术的共同主题是“连接性”，随着对无边界互联网的需求不断增长，智能设备网络的想法已成为现实。这个概念被称为物联网 (IoT)，它允许对连接的设备进行监视、控制和共享数据。这些数据可以被多个应用程序分析和使用。在智慧农业中，网络层不仅促进边缘层和物理层的连通，还提供了它们与云层交互的接口。从通过点对点传感器通信系统交换土壤温度，到通过 5G 等高速移动网络将农场监测数据发送到云数据存储，网络层提供了一种通信手段来绑定所有其他层。
网络层在智慧农业系统中主要有两个职责。首先，智慧农业系统的每一层都有不同的异构设备集。网络层提供了一个安全高效的网络堆栈，有线、无线和移动子网可以以兼容和跨层的方式进行通信。第二个职责是保持连接性，从而提高可用性。从用于分析收集到的数据的大数据处理系统到从现场收集信息的单个传感器，整个系统的网络通信都需要依赖这一层。
二、安全和隐私问题
在农业中采用基于传感器的技术和云支持的智能应用程序为攻击者提供了网络攻击的入口。因此，在讨论具体的网络攻击之前，首先了解智慧农业领域的主要安全和隐私问题。
1、数据安全和隐私
