2016年的網(wǎng)絡(luò)犯罪損失上升24%，超過13.3億美元，并且這僅僅是美國聯(lián)邦調(diào)查局(FBI)網(wǎng)絡(luò)犯罪投訴中心跟蹤的網(wǎng)絡(luò)犯罪。關(guān)于黑客和其他安全漏洞的新聞頭條也屢見不鮮。然而，許多產(chǎn)品制造商仍然將設(shè)計安全作為亡羊補(bǔ)牢之舉。其中一部分原因可能是誤認(rèn)為實施安全性在時間和資源方面都代價昂貴。本文糾正這些誤解并介紹最新的整體式、高成效嵌入式安全，后者為防止入侵提供強(qiáng)有力的保護(hù)。
設(shè)計安全為什么仍然被忽視?
去年，電信巨頭Telefonica在發(fā)布的一份報告中警告說，由于防御網(wǎng)絡(luò)犯罪的措施仍然落后于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)方案的發(fā)展，帶來了災(zāi)難性后果。
“這不僅僅涉及到數(shù)據(jù)隱私，或者數(shù)字身份的安全。在接下來的幾年中，我們的生活將被連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備所包圍，這些設(shè)備將我們執(zhí)行的每一步都數(shù)字化、將我們的日常活動轉(zhuǎn)化為信息、通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)，并根據(jù)這些信息與我們互動。我們的實際生活從來沒有如此接近數(shù)字世界。”該公司在報告中表示：“范圍、規(guī)模和風(fēng)險前所未有：保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)。”
然而，安全漏洞仍然有增無減。信用報告巨頭Equifax今年夏天發(fā)生了大規(guī)模數(shù)據(jù)泄露，黑客獲取了美國居民的姓名、社會保障號碼、生日、地址及部分信用卡號碼，以及英國和加拿大居民的個人數(shù)據(jù)。今年春天，大規(guī)模的勒索軟件攻擊事件對歐洲、南美洲、亞洲和北美洲的至少150個國家的計算機(jī)產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致醫(yī)院、大學(xué)、制造商、企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問題。2016年秋季，由于遭受到基于Mirai惡意軟件的僵尸網(wǎng)絡(luò)攻擊，CCTV視頻攝像機(jī)和DVR造成大面積斷網(wǎng)事件。對于每一次廣為人知的重大事故，都有許多較小的事件令消費(fèi)者和企業(yè)擔(dān)心。不言而喻，隨著越來越多的產(chǎn)品和系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，黑客的技術(shù)變得越來越高，每個垂直行業(yè)都存在亟待解決的風(fēng)險。例如，請考慮一下以下場景：
● 工業(yè)：從之前的孤立系統(tǒng)向現(xiàn)在全部聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)過渡，使設(shè)備容易受到遠(yuǎn)程攻擊。
● 醫(yī)療健康：該行業(yè)存在敏感數(shù)據(jù)相關(guān)的隱私問題、數(shù)據(jù)完整性問題，以及醫(yī)療設(shè)備/裝置的認(rèn)證操作。
● 銀行：隨著網(wǎng)絡(luò)銀行成指數(shù)級增長，機(jī)構(gòu)不再能現(xiàn)場保證身份真實性，風(fēng)險大大提高。
● 零售：移動設(shè)備采用開放式架構(gòu)，但其功能又相當(dāng)于金融/支付終端，所以必須確保交易和通信安全。
● 通信：端對端安全是防止各種攻擊的必要條件。
● 汽車：還記得2015年Jeep汽車被白帽黑客遠(yuǎn)程控制的事件嗎?汽車將很快成為輪子上的計算機(jī)，其受攻擊風(fēng)險仍然非常高。
忽視設(shè)計安全的風(fēng)險是巨大的：收入損失、品牌聲譽(yù)損失，甚至人身傷害。發(fā)生破壞之后的亡羊補(bǔ)牢之舉往往效果小且見效晚。事實告訴我們，越在設(shè)計的早期階段構(gòu)建安全性，效果越好。基于硬件的安全已被證明比基于軟件的相應(yīng)措施更有效(關(guān)于基于硬件與基于軟件的設(shè)計安全的比較，請參考白皮書：“為何基于硬件的設(shè)計安全性對于所有應(yīng)用程序都至關(guān)重要”)。值得慶幸的是，采用安全I(xiàn)C的硬件方法并不一定需要太多的人力、資源或時間。
上述安全性的代價
雖然您可能面臨產(chǎn)品快速上市且要求開發(fā)成本足夠低的巨大壓力，但您認(rèn)真考慮過破壞造成的相關(guān)成本嗎?如表1所示的假想終端產(chǎn)品，上述的安全問題最終會帶來更多的費(fèi)用。
基于硬件的安全在一定程度上提供了可靠性，因為網(wǎng)絡(luò)犯罪分子難以更改設(shè)計的物理層。此外，物理層的存在使得惡意軟件不可能滲透操作系統(tǒng)并潛入設(shè)計的虛擬層。從設(shè)計周期之初開始，即可將安全性整合到設(shè)計的底層以及后續(xù)所有層。
利用安全I(xiàn)C，例如從內(nèi)部、不可變存儲器中執(zhí)行代碼的微控制器，防止試圖破壞電氣器件硬件的攻擊。微控制器的ROM儲存被認(rèn)為是“信任根”的啟動代碼，因為代碼不可修改。因此，這種“不可更改”、受信任的軟件可用于驗證和認(rèn)證應(yīng)用軟件的簽名。利用從底層就基于硬件的“信任根”方法，可將設(shè)計的更多潛在進(jìn)入點關(guān)閉。
表1. 假冒偽劣帶來的資產(chǎn)損失最終遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實施安全性所需的成本。
安全微控制器和安全認(rèn)證器等嵌入式安全I(xiàn)C提供整體方案，保護(hù)從每個傳感器節(jié)點到云端的整個系統(tǒng)。然而，并非所有安全I(xiàn)C都是相同的。例如，由于成本、功耗以及要求復(fù)雜的固件開發(fā)，有些安全微控制器就不適合IoT設(shè)備或端點。于是出現(xiàn)了一些加密控制器能夠?qū)嵤┣度胧健⒙?lián)網(wǎng)產(chǎn)品的完全安全性，且無需任何固件開發(fā)工作，例如，Maxim的MAXQ1061 DeepCover?器件。作為協(xié)處理器應(yīng)用于初始設(shè)計，或者整合到已有設(shè)計，保證數(shù)據(jù)保密性、身份真實性和設(shè)備完整性。
對于安全認(rèn)證器，器件應(yīng)提供一組核心的固定功能加密操作、密鑰存儲以及其它適合IoT和端點安全的相關(guān)功能。憑借這些能力，安全認(rèn)證器即可保護(hù)IP、防止克隆以及對外設(shè)、IoT設(shè)備和端點進(jìn)行安全認(rèn)證。
在評估嵌入式安全技術(shù)時，還應(yīng)該考慮哪些因素?內(nèi)置加密引擎和安全引導(dǎo)加載程序的安全微控制器，可有效防止密碼分析攻擊、物理篡改和反向工程化等威脅。Design SHIFT是一家總部位于美國加利福尼亞州門洛帕克市的數(shù)字安全和消費(fèi)產(chǎn)品工程公司，其ORWL安全臺式計算機(jī)需要此類特性。該公司設(shè)計ORWL時，要求安全認(rèn)證和防止物理攻擊兩種功能，需要強(qiáng)壯的信任根安全。Design SHIFT找到了所需的方案：MAX32550 DeepCover ARM? Cortex?-M3安全微控制器。
“許多軟件人員說，一旦您失去對硬件的控制，您就玩完了”。Design SHIFT公司的CEO Olivier Boireau表示：“建立信任根是強(qiáng)壯保護(hù)的保證。”
通過物理不可復(fù)制特性(PUF)技術(shù)增強(qiáng)保護(hù)
我們開始在安全I(xiàn)C中看到一項更高級的加密技術(shù)，即物理不可復(fù)制特性(PUF)。PUF依賴于IC器件的復(fù)雜且可變的物理/電學(xué)特性。由于PUF在制造過程中產(chǎn)生的隨機(jī)物理因素(不可預(yù)測、不受控)，實際上不可能復(fù)制或克隆。集成PUF技術(shù)的IC帶有與生俱來的數(shù)字指紋，可用作唯一的密鑰/密碼，支持提供安全認(rèn)證、識別、防偽、硬件-軟件綁定以及加密/解密的算法。
Maxim的PUF電路依賴于基本MOSFET器件模擬特性來產(chǎn)生密鑰，而器件的模擬特性是自然隨機(jī)發(fā)生的;該方案被稱為ChipDNA?技術(shù)。這種專利方法可確保PUF電路產(chǎn)生的唯一二進(jìn)制數(shù)值，在隨溫度和電壓變化以及器件老化的情況下保持不變。高水平的安全性在于該唯一的二進(jìn)制數(shù)值實際上未儲存在非易失存儲器芯片的任何位置，而是需要時由PUF電路生成，使用后立即消失。因此，與之前的安全器件容易遭受對非易失存儲器的侵入式物理攻擊從而獲取密鑰不同，基于PUF的器件不容易受到這種類型的攻擊，因為本來就無密鑰可偷。此外，如果基于PUF的器件遭受侵入式物理攻擊，攻擊本身會造成PUF電路的特性發(fā)生變化，進(jìn)一步阻礙這種類型的攻擊。ChipDNA PUF技術(shù)已證明其在生產(chǎn)工藝、電壓、溫度和老化方面的優(yōu)異可靠性。此外，對基于NIST的隨機(jī)性測試結(jié)果的PUF輸出評估已經(jīng)成功完成，結(jié)果合格。圖1所示為ChipDNA PUF技術(shù)的不同用途：內(nèi)部存儲器加密、外部存儲器加密和安全認(rèn)證密鑰生成。
第一款采用PUF技術(shù)的安全認(rèn)證器
Maxim第一款采用ChipDNA PUF技術(shù)的安全I(xiàn)C為DS28E38安全認(rèn)證器，設(shè)計用于提供高成效的入侵式物理攻擊防御。DS28E38提供：
● 基于FIPS186 ECDSA的質(zhì)詢/響應(yīng)安全認(rèn)證
● ChipDNA安全存儲數(shù)據(jù)，可選的ECDSA-P256私鑰數(shù)據(jù)源
● 2Kb EEPROM陣列，用于用戶存儲器和公鑰證書
● 帶認(rèn)證讀取的僅遞減計數(shù)器
圖1. ChipDNA PUF技術(shù)的不同用途
