今天，閃電般快速、日益互聯(lián)的世界為我們提供了為我們每天使用的嵌入式系統(tǒng)顯著增加價(jià)值的機(jī)會(huì)。

當(dāng)今快如閃電、日益互聯(lián)的世界為我們提供了為我們每天使用的嵌入式系統(tǒng)顯著增加價(jià)值的機(jī)會(huì)。然而，同樣的連接也可能對(duì)作為嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序和設(shè)備的完整性構(gòu)成威脅。解決方案？更智能、更安全的設(shè)計(jì)。一旦奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，連接互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就可以確保長(zhǎng)期安全并保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，即使個(gè)別節(jié)點(diǎn)受到損害。為了達(dá)到所需的安全級(jí)別，必須預(yù)測(cè)和解決多種威脅：實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個(gè)很好的工具是 Microsoft 的 Azure Sphere 及其嵌入式 Pluton 安全子系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)安全要點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全的一個(gè)基本要求是確保系統(tǒng)正確集成。由于黑客是出了名的足智多謀，并且樂于利用任何和所有弱點(diǎn)，因此必須保護(hù)設(shè)備免受未經(jīng)授權(quán)的修改和入侵。智能 OEM 可以通過(guò)分層安全性降低其對(duì)受損系統(tǒng)的脆弱性。例如，黑客用來(lái)滲透系統(tǒng)的一種常用機(jī)制是緩沖區(qū)溢出。它允許黑客利用存儲(chǔ)在內(nèi)存之外并分配到網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致代碼被目標(biāo)系統(tǒng)無(wú)意中執(zhí)行。從黑客的角度來(lái)看，這是個(gè)好消息。它不僅提供了他們可以上傳新的可執(zhí)行映像的點(diǎn)，

安全啟動(dòng)機(jī)制是避免此問(wèn)題的好方法。它通過(guò)確保只有授權(quán)方提供的可執(zhí)行文件能夠運(yùn)行來(lái)提供關(guān)閉潛在攻擊的方法。實(shí)現(xiàn)安全引導(dǎo)機(jī)制的一個(gè)基本要求是非易失性內(nèi)存區(qū)域在制造后被視為只讀 - 這包含引導(dǎo)加載程序代碼，該代碼強(qiáng)制處理器檢查加載到系統(tǒng)中的引導(dǎo)映像的完整性。如果完整性檢查失敗，則設(shè)備將無(wú)法啟動(dòng)，直到提供有效的啟動(dòng)映像。有效的完整性檢查將制造商 ID 與設(shè)備自己的 ID 相結(jié)合，確保加載到閃存中以供下次啟動(dòng)使用的代碼使用使用本地存儲(chǔ)的唯一 ID 生成的哈希進(jìn)行簽名。為防止可能用于查找此 ID 的攻擊，

硬件信任根

對(duì)于設(shè)計(jì)界的所有成員來(lái)說(shuō)，安全性正日益成為一個(gè)重要問(wèn)題。例如，在最近的一次路測(cè)審查中，element14 社區(qū)成員 David Long 指出 Pluton 安全子系統(tǒng)的信任根是作為 Azure Sphere 模塊的核心部分實(shí)現(xiàn)的，可通過(guò) Newark 獲得，這是關(guān)鍵功能之一。

硬件信任根是運(yùn)行安全敏感操作的受保護(hù)區(qū)域。它通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)片上代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有唯一訪問(wèn)權(quán)限的安全處理器來(lái)提供針對(duì)物理篡改和遠(yuǎn)程攻擊的保護(hù)。加密密鑰和其他安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在這些區(qū)域中，并且信任根被配置為不允許從外部訪問(wèn)這些元素。安全處理器通常由加密處理器和真隨機(jī)數(shù)生成器 （TRNG） 支持，以加速這些操作和真隨機(jī)數(shù)生成器 （TRNG），該生成器用于生成在信任根之外運(yùn)行的軟件和系統(tǒng)，以確定它們是否應(yīng)該有權(quán)訪問(wèn)系統(tǒng)資源。

有了硬件信任根，設(shè)備不僅有可能保護(hù)自己和它發(fā)送的任何數(shù)據(jù)，而且可以證明它是向云中的其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或服務(wù)器發(fā)送可信數(shù)據(jù)的合法設(shè)備。這反過(guò)來(lái)又有助于提高安全性，因?yàn)樵O(shè)備可以拒絕與任何沒有可接受憑據(jù)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備互動(dòng)。這也降低了緩沖區(qū)溢出和類似攻擊首先通過(guò)的可能性。Pluton 安全子系統(tǒng)有助于控制本身可能受到損害的外圍設(shè)備的操作。處理器內(nèi)的防火墻可防止對(duì)敏感功能的未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)以及潛在黑客使用假冒外圍設(shè)備接管系統(tǒng)的企圖。

軟件或遠(yuǎn)程設(shè)備可以通過(guò)證明來(lái)證明其身份或真實(shí)性。通常，這是在基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施 （PKI） 機(jī)制的協(xié)議的幫助下處理的。在 PKI 下，消息使用公鑰加密，可以在不損害協(xié)議的情況下自由分發(fā)，因?yàn)橹挥邢鄳?yīng)的私鑰才能解密消息。此類私鑰將存儲(chǔ)在信任的安全內(nèi)存的硬件根中，并且通常在制造過(guò)程中加載。

通信安全

當(dāng)設(shè)備想要建立通信或證明其身份時(shí)，它將使用協(xié)議來(lái)使用這些私鑰中的一個(gè)或多個(gè)生成證書和簽名。簽名和認(rèn)證協(xié)議將隨機(jī)值（理想情況下在 TRNG 的幫助下創(chuàng)建）與私鑰相結(jié)合，以創(chuàng)建會(huì)話密鑰等值，會(huì)話密鑰在短時(shí)間內(nèi)使用一次，然后被丟棄，以避免黑客攔截消息并重新創(chuàng)建他們?cè)谒^的重放攻擊。一旦創(chuàng)建，PKI 協(xié)議確保私鑰永遠(yuǎn)不需要在安全區(qū)域之外訪問(wèn)。

在 Azure Sphere 的情況下，兩個(gè)核心私鑰是由設(shè)備上的 Pluton 子系統(tǒng)在制造過(guò)程中生成的，之后甚至無(wú)法被軟件直接讀取。從私鑰派生的所有消息都是由 Pluton 子系統(tǒng)中的加密處理器創(chuàng)建的。這彌補(bǔ)了許多系統(tǒng)中的關(guān)鍵弱點(diǎn)，在這些系統(tǒng)中，私鑰是在外部生成并編程到設(shè)備中，從而產(chǎn)生了攔截的可能性。

下一個(gè)問(wèn)題是確定設(shè)備首次出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中時(shí)密鑰是否有效。Azure Sphere 通過(guò)生成匹配的公鑰來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：一個(gè)用于證明，一個(gè)用于用戶定義的安全服務(wù)。這些公鑰在制造時(shí)提供給 Microsoft，供其 Azure 云服務(wù)使用。設(shè)備中還存儲(chǔ)了使用 PKI 機(jī)制生成的數(shù)字證書，用于檢查聲稱來(lái)自 Azure 服務(wù)器的消息。

當(dāng) Azure Sphere 設(shè)備連接到云時(shí)，它會(huì)根據(jù)存儲(chǔ)在安全內(nèi)存中的 Azure 創(chuàng)建的證書檢查消息來(lái)驗(yàn)證服務(wù)器的身份。此時(shí)，設(shè)備需要向服務(wù)器驗(yàn)證自己的身份，這是使用遠(yuǎn)程認(rèn)證協(xié)議完成的任務(wù)。在 Azure Sphere 系統(tǒng)中，識(shí)別的不僅僅是設(shè)備，還有它運(yùn)行的代碼。這是通過(guò)基于在安全啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的代碼序列的加密哈希創(chuàng)建會(huì)話密鑰來(lái)執(zhí)行的。這些值使用私鑰簽名，用于由板載加密處理器生成的證明。由于 Azure 服務(wù)可以根據(jù)設(shè)備在其數(shù)據(jù)庫(kù)中的公鑰生成相應(yīng)的公鑰，因此它可以驗(yàn)證它已使用授權(quán)固件啟動(dòng)的設(shè)備身份。

對(duì)設(shè)備進(jìn)行身份驗(yàn)證的云服務(wù)的可用性還有其他好處：例如，在 Azure Sphere 下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備是真實(shí)的并且運(yùn)行正確的軟件時(shí)，它會(huì)提供一個(gè)證書，該證書與它自己存儲(chǔ)的結(jié)合使用時(shí)憑據(jù)，可以提供給其他在線服務(wù)和設(shè)備以證明設(shè)備的身份。該證書的有效期大約為一天，這限制了攻擊的可能性并強(qiáng)制設(shè)備定期展示其健康狀況，以保持與物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的連接。

如果設(shè)備沒有通過(guò)安全啟動(dòng)過(guò)程，那么它就無(wú)法獲得一個(gè)證書，讓它作為一個(gè)有效的、經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證的系統(tǒng)運(yùn)行，并將與 IoT 斷開連接。此外，身份驗(yàn)證失敗提供了一種糾正這種情況的方法，并且可以允許設(shè)備連接到 Azure 服務(wù)，以便下載和安裝真實(shí)且最新的啟動(dòng)映像。這提供了額外級(jí)別的保護(hù)，以防止利用舊版本真實(shí)固件中的弱點(diǎn)進(jìn)行的攻擊。

element14 社區(qū)成員 Rodrigo Sim 將 Microsoft Pluton 安全子系統(tǒng)描述為 Azure Sphere 生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并指出 Pluton 有一個(gè)專用核心用于加速加密任務(wù)，例如使用 SHA2 進(jìn)行散列、橢圓曲線加密 （ECC） 和 AES 加密。所有這一切使 Pluton 能夠?yàn)榛?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/527/" target="_blank">操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序提供安全啟動(dòng)和遠(yuǎn)程證明。專用核還可以控制其他核中外設(shè)的訪問(wèn)。

盡管對(duì)互聯(lián)網(wǎng)連接的支持現(xiàn)在實(shí)際上是許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的要求，但所構(gòu)成的威脅是可以控制的。通過(guò) Azure Sphere 等平臺(tái)，互聯(lián)網(wǎng)連接提供了比未連接設(shè)備更強(qiáng)大的解決方案。

審核編輯：郭婷