本文特別關(guān)注小型無線連接系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常由電池供電并運行輕量級，低帶寬RF協(xié)議。

明文披露

明文泄露是指機密（如密鑰或敏感數(shù)據(jù)）以“明文形式”或未加密的方式傳遞或存儲。大多數(shù)傳輸漏洞適用于通過未加密通道傳遞的敏感用戶數(shù)據(jù)（如登錄憑據(jù)）。存儲漏洞包括敏感的用戶數(shù)據(jù)和密鑰，這是一次性物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要特別關(guān)注的領(lǐng)域。我們大多數(shù)人在處理筆記本電腦或智能手機時都要小心謹(jǐn)慎，以確保敏感信息已被適當(dāng)刪除。當(dāng)涉及到連接的燈泡時，您是否同樣小心？“垃圾桶攻擊”是指從丟棄的設(shè)備中提取敏感信息（如 Wi-Fi 憑據(jù)）。

中間人攻擊

“中間人”（MITM）是一種攻擊，攻擊者秘密中繼并可能改變認(rèn)為自己直接相互通信的雙方之間的通信。MITM 攻擊的漏洞表示身份驗證存在弱點。這種類型的漏洞利用通常在調(diào)試期間將新設(shè)備引入網(wǎng)絡(luò)時執(zhí)行。有多種方法可用于對設(shè)備進(jìn)行身份驗證，以允許其安全地加入網(wǎng)絡(luò)。其中一些需要用戶干預(yù)，例如輸入 PIN 碼 （BLE） 或掃描條形碼 （Z-Wave）。其他情況可能會在沒有用戶干預(yù)的情況下發(fā)生，例如使用設(shè)備證書與證書頒發(fā)機構(gòu)和/或云服務(wù)結(jié)合使用來提供身份驗證。

MITM 最常見的實現(xiàn)問題是無法包含身份驗證（例如，BLE 中的“Just Works”配對方法），或者未能使用受信任的第三方（如證書頒發(fā)機構(gòu) （CA））正確驗證證書。

暴力攻擊

“暴力”攻擊試圖利用加密系統(tǒng)實現(xiàn)中的弱點。如果正確實現(xiàn)，破解加密系統(tǒng)所需的工作量可以在理論上估計，并且很容易超過計算可能性。但是，實現(xiàn)中的弱點會大大減少整體解決方案空間，將不可能的事情變成可行甚至容易的事情。示例包括弱密碼、加密函數(shù)使用不當(dāng)、硬編碼密鑰和熵不足。

弱密碼

由于計算能力的可及性越來越高，加上尋找加密弱點的進(jìn)步，許多早期的加密系統(tǒng)已經(jīng)過時了。例如，對具有 40 位密鑰的密碼的暴力攻擊需要大約 1.1 萬億次測試。這聽起來像是一個很大的數(shù)字，但當(dāng)與當(dāng)今顯卡、FPGA或云服務(wù)的計算能力相結(jié)合時，它是不夠的。

2017年，比利時KU魯汶大學(xué)的研究人員能夠破解DST40，這是早期特斯拉Model S密鑰卡中使用的40位密碼?！凹倜懊荑€卡”攻擊使用連接到Raspberry Pi的RF接收器來“嗅探”汽車的標(biāo)識符RF信標(biāo)，從汽車請求隨機挑戰(zhàn)短語，并計算并傳輸對挑戰(zhàn)的正確響應(yīng)，然后可用于解鎖門或啟動汽車，所有這些都在大約兩秒鐘內(nèi)完成。系統(tǒng)使用包含所有可能的質(zhì)詢短語的 5.4 TB 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來查找正確的響應(yīng)。破解密碼的蠻力工作，使用相同的Raspberry Pi需要777天，這是使用更強大的計算資源預(yù)先計算的。

這種攻擊的對策是不選擇弱密碼，特別是如果這些密碼已經(jīng)被破解。上面的DST40密碼最初是在2005年由約翰霍普金斯大學(xué)和RSA實驗室的團隊破解的，并在2005年的福特Escape SUV上以類似的方式進(jìn)行了演示。其他已被證明較弱的流行密碼包括 DES、3DES、RC2 和 RC4。對于 TLS 連接或協(xié)商密碼或密碼套件的任何連接，重要的是不允許弱協(xié)議（如 SSL）或弱密碼套件。

加密功能的不當(dāng)使用

高級加密標(biāo)準(zhǔn) （AES） 是一種分組密碼，它對固定大小為 128 位（16 字節(jié)）的數(shù)據(jù)元素進(jìn)行操作。加密或解密長度超過 16 字節(jié)的數(shù)據(jù)流時，需要執(zhí)行多個 AES 操作。獨立處理每個塊（稱為“AES_ECB”或“電子代碼簿”）可以揭示密文數(shù)據(jù)中的一些模式，這對于機密性來說是不希望的，因此建議使用NIST批準(zhǔn)的鏈?zhǔn)矫艽a模式，例如AES_CBC（“密碼塊鏈接”）或AES_CTR（“計數(shù)器”），或者更好的是，使用經(jīng)過身份驗證的加密模式，例如AES_CCM（“CBC-MAC計數(shù)器”）或AES_GCM（“伽羅瓦/計數(shù)器模式”）， 確保數(shù)據(jù)的機密性和真實性。

請注意，其中許多模式需要使用初始化向量 （IV），該向量的安全要求因所選的特定模式而異。保守的指導(dǎo)是使用強隨機數(shù)，例如來自批準(zhǔn)的加密隨機數(shù)生成器，并且僅使用IV一次，使其成為“nonce”。IV最常見的錯誤是使用硬編碼或常量IV。

硬編碼鍵

“硬編碼”密鑰是指嵌入在源代碼中的密鑰。硬編碼的密鑰很糟糕，因為它們很難更改（需要重新編譯源代碼），并且它們是最容易竊取的密鑰之一（通過逆向工程，讀取源代碼或其他方式）。理想情況下，密鑰在需要時計算或以加密形式存儲。NIST SP 800-57 建議根據(jù)密鑰的使用方式定期更改密鑰，通常每一到三年或更頻繁地更改一次密鑰。此外，系統(tǒng)還應(yīng)支持一種機制，以便在密鑰遭到破壞時吊銷密鑰。

熵不足

密碼學(xué)依賴于具有高熵的隨機數(shù)的來源。常見且看似無害的加密實現(xiàn)錯誤之一是選擇錯誤的隨機數(shù)源。當(dāng)開發(fā)人員使用編譯器本機“rand（）”函數(shù)而不是加密強偽隨機數(shù)生成器 （PRNG） 或使用具有錯誤種子值的良好 PRNG（如常量或時間引用）時，會發(fā)生這種情況。

圖 2 顯示了使用“rand（）”生成的位圖和使用 TRNG（真隨機數(shù)生成器）生成的位圖。請注意“蘭特（）”圖片中的摩爾紋狀圖案。模式不是隨機的，這表明這對于熵源來說是一個糟糕的選擇。

密碼學(xué)的強度取決于隨機數(shù)中的熵量。隨機數(shù)源中的任何模式或偏差都會減少在暴力攻擊期間測試所需的選項數(shù)。為了便于說明，我們假設(shè)嵌入式系統(tǒng)使用“自上次重置以來的系統(tǒng)時鐘”作為其“rand（）”函數(shù)的種子，而“rand（）”函數(shù)用于在系統(tǒng)初始化期間生成密鑰。由于MCU在很大程度上是確定性的，因此該系統(tǒng)將傾向于生成相同的密鑰或一小組密鑰之一。如果系統(tǒng)只生成八個唯一密鑰，則密鑰的長度是 128 位還是 256 位并不重要。該密鑰的強度僅為三位，因為攻擊者只需八次嘗試即可確定密鑰。此外，C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“rand（）”的周期至少為232，這完全在暴力攻擊范圍內(nèi)，這意味著如果攻擊者能夠辨別PRNG序列中的當(dāng)前位置，則所有未來的數(shù)字都將是已知的。

幸運的是，許多MCU和無線SoC都配備了硬件TRNG外設(shè)，這些外設(shè)提供了極好的熵源。TRNG是從物理源（如熱能）獲取熵的外圍設(shè)備。NIST 800-90A/B/C 和 AIS-31 規(guī)定了加密的合適要求?；蛘撸绻用?PRNG 定期播種 TRNG 源，則可以使用該加密 PRNG（例如CTR_DRBG）。

如果MCU沒有TRNG外設(shè)，則可以使用另一個外設(shè)（例如無線RF接收器或ADC）作為熵源，但這種方法必須小心。具體來說，必須將源描述為熵源，以確定其數(shù)學(xué)屬性是否足以滿足 NIST 要求的加密。NIST標(biāo)準(zhǔn)還要求在原始熵源上添加運行狀況檢查，以確保其保持正確的功能，并添加條件函數(shù)（如SHA-256）以消除輸出中的任何偏差。

審核編輯：郭婷