物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備攻擊激增,如何保障代碼與數(shù)據(jù)完整安全
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊的現(xiàn)象日益嚴重。獨立研究顯示,在美國,2019年針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)動的網(wǎng)絡(luò)攻擊數(shù)量同比激增300%。同時,約有57%的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備難以抵抗中等或嚴重攻擊,而每次物聯(lián)網(wǎng)終端遭入侵,企業(yè)需支付的平均成本為900萬美元。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202011/420235.htm網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的損失不僅是服務(wù)中斷帶來的收入損失,還有產(chǎn)品制造商的品牌聲譽損害、政府罰款,以及需要將技術(shù)純熟且成本高昂的工程資源從生產(chǎn)開發(fā)工作轉(zhuǎn)移到緊急恢復(fù)和維修上。由于網(wǎng)絡(luò)安全的法規(guī)日益嚴格,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商非常關(guān)注合規(guī)要求。歐盟的《網(wǎng)絡(luò)安全法案》(EU Cybersecurity Act)和中國的《網(wǎng)絡(luò)安全法》(Cybersecurity Law)要求對裝置漏洞進行獨立測試,而《加州消費者隱私保護法》(CCPA)則規(guī)定對每一次的非蓄意違規(guī)行為,對公司處以2500美元的罰款。
然而不會有任何嵌入式裝置制造商表示,其連網(wǎng)設(shè)備遭受安全威脅是安全組件漏洞造成的。因為很容易就能找到可執(zhí)行復(fù)雜密碼算法、加密芯片上的密鑰存儲、功率分析和其他安全功能的安全組件或片上系統(tǒng)(SoC)等專用組件。只要將這些組件正確整合到系統(tǒng)設(shè)計中,便能為裝載組件的設(shè)備提供強大的防護。
那么,如果安全組件可以很容易整合到系統(tǒng)中,為何每天都會有嵌入式連網(wǎng)裝置遭受攻擊得逞?某些情況下,這是因為系統(tǒng)中某些部分的安全組件或安全SoC以外的漏洞所導(dǎo)致。這類漏洞最常出現(xiàn)在存儲關(guān)鍵程序代碼或數(shù)據(jù)的標準外部閃存中。另外一種情況,是因為系統(tǒng)安全組件或安全SoC缺少所能提供的精密防護功能。
在這兩種情況下,硬件層級安全的障礙通常由于成本和難度。的確,對非安全專家的工程師來說,安全電子組件要在技術(shù)上達到支付終端和移動電話等金融產(chǎn)品的高級支付等級,是非常復(fù)雜且困難的。
但是現(xiàn)在,新一代安全閃存產(chǎn)品已經(jīng)上市,為不需要支付等級防護的嵌入式設(shè)備提供安全的硬件基礎(chǔ)。這樣的安全閃存通常具有和標準閃存一樣的封裝尺寸和腳位配置,而且是通過標準的SPI NOR Flash指令集進行控制,方便一般的嵌入式設(shè)備設(shè)計人員采用,同時還提供全面的安全功能,可保護連網(wǎng)設(shè)備并防御針對系統(tǒng)完整性或數(shù)據(jù)隱私的攻擊。
為何要在內(nèi)存設(shè)備中實現(xiàn)安全性?
傳統(tǒng)上將非易失性內(nèi)存視為一種簡單的設(shè)備:寫入位,然后讀出相同的位。它通常被看作存儲設(shè)備,而非處理器。
每個用于程序代碼或應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的NOR Flash中,其實已涵括了用于控制內(nèi)存運作及通過序列周邊接口與主機進行通訊的邏輯電路。安全閃存設(shè)備以此邏輯區(qū)塊為基礎(chǔ),并加以延伸,同時提供安全功能和內(nèi)存控制功能。
為了適應(yīng)用于微控制器和SoC嵌入式閃存的制程,華邦等閃存制造商開發(fā)了新一代的安全閃存產(chǎn)品。盡管高級的微控制器和SoC已采用20納米以下節(jié)點的晶圓制程,但嵌入式NOR Flash的制程卻未能跟上腳步。這代表嵌入式浮柵閃存制程無法與最新的MCU和SoC搭配,且嵌入式NOR Flash容量通常不夠大,不足以存儲所要執(zhí)行的復(fù)雜軟件程序代碼。
因此,在如今的嵌入式設(shè)備設(shè)計中,應(yīng)用程序代碼通常存儲在外部閃存設(shè)備內(nèi)。但如果裝置連網(wǎng)(尤其是連接到互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備),外部閃存中的開機程序代碼就容易受到攻擊,數(shù)據(jù)也容易遭到竊取或入侵,除非內(nèi)存設(shè)備本身能受到完整的安全功能保護。這便是安全閃存的價值所在:為SoC/MCU填補安全性的不足之處。
安全閃存的關(guān)鍵功能
用安全閃存取代物聯(lián)網(wǎng)終端中的標準外部NOR Flash,是為了保護開機程序代碼和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的完整性。市面上的各種安全閃存設(shè)備都提供某種形式的安全存儲空間。此安全功能可提供基本的加密身份驗證,內(nèi)存設(shè)備只會允許獲授權(quán)的主機執(zhí)行讀取和寫入操作,進而能保護數(shù)據(jù)不讓主機SoC以外的任何設(shè)備存取。
但這僅能提供有限的安全保護,為了抵御多種類型的網(wǎng)絡(luò)攻擊,并遵守歐盟《網(wǎng)絡(luò)安全法案》中低層級(basic and substantial levels)的安全功能,華邦開發(fā)了多功能的安全NOR Flash內(nèi)存W77Q。作為TrustME?安全內(nèi)存系列產(chǎn)品之一,除了安全驗證,W77Q還提供:
● 系統(tǒng)恢復(fù)力:防護、偵測和復(fù)原,確保即使網(wǎng)絡(luò)攻擊嘗試將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備停用,設(shè)備也可以自動重新啟動以執(zhí)行已知的安全程序代碼。
● 信任根,用于與主機SoC以及與外部系統(tǒng)(例如云端運算服務(wù))進行身份驗證通信。
● 安全數(shù)據(jù)存儲
從閃存到云端信任機構(gòu)的安全通道,用于實時無線固件更新。即便SoC本身已遭到入侵,此安全信道可讓內(nèi)存將開機程序代碼升級為新版本而無需依賴SoC。(請見圖1)。
圖1 W77Q可建立連往云端中信任中心的安全通道,以進行實時無線軟件更新,即使主機SoC已遭入侵亦可進行。(圖片來源:華邦)
W77Q經(jīng)過外部認可實驗室的評估,符合歐盟GDPR隱私法規(guī)的要求,并提供歐盟《網(wǎng)絡(luò)安全法案》規(guī)定的“中等”保護層級(substantial level)。此外,W77Q安全閃存還獲得了多項安全認證,包括CC EAL2 (VAN.2)、IEC62443、SESIP和Arm平臺安全架構(gòu)(PSA)認證。
系統(tǒng)恢復(fù)力對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備尤其重要,然而這是多數(shù)安全閃存產(chǎn)品所缺少的功能。在電表等設(shè)備中,物理入侵(篡改)是一種常見的攻擊形式,因此需要加以保護。另外像是發(fā)電廠或軍事基地等高價值大型資產(chǎn),則可能會從局域網(wǎng)絡(luò)遭到物理入侵。
而對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說,主要威脅來自可擴展的網(wǎng)絡(luò)攻擊,它會利用互聯(lián)網(wǎng)遠程聯(lián)機到整個設(shè)備的設(shè)備群。美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)的SP 800-193標準規(guī)范了用于保護固件和配置數(shù)據(jù)免受此類攻擊的機制,并可以偵測受到的攻擊并從中復(fù)原。W77Q也提供符合此標準所需的系統(tǒng)恢復(fù)功能。系統(tǒng)恢復(fù)力有三個要素:防御攻擊、偵測攻擊,以及從攻擊中恢復(fù)(請見圖2)。
圖2 通過防御、偵測和恢復(fù),W77Q是值得信賴的能維護平臺正常運作的設(shè)備。(圖片來源:華邦)
諸如加密身份驗證等功能可以防止未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備嘗試訪問數(shù)據(jù),進而遏止攻擊。但是,成功的攻擊可能發(fā)生在主機SoC上,因此W77Q具有隨時偵測何時發(fā)生攻擊的能力。例如每次更新或訪問程序代碼時,它都會自動檢查存儲的程序代碼是否毀損,也能按照主機裝置的指令掃描程序代碼。
如果W77Q偵測到成功的攻擊,例如原本的SoC遭到入侵而破壞了自有的開機程序代碼時,內(nèi)存設(shè)備便會自動進行適當?shù)纳矸蒡炞C,并恢復(fù)平臺固件。設(shè)備是通過“安全降級”(safe fallback)功能實現(xiàn),此功能會將開機程序代碼恢復(fù)到已知的安全版本。此安全降級功能由經(jīng)過身份驗證的看門狗定時器提供支持,使用已知的安全程序代碼強制主機SoC進入干凈開機模式(clean boot)。
適用于多種場景的安全功能:
華邦開發(fā)W77Q的方法是提供一系列立即可用的分層化安全功能,讓物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商與設(shè)計人員能輕松進行部署(請見圖3)。華邦的W77Q可提供:
● 端對端、立即可用的安全性,無需具備安全性領(lǐng)域的專業(yè)知識
● 可快速部署
● 完整全面的解決方案,由安全軟件廠商的兼容產(chǎn)品提供支持
● 簡單的安全認證
● 成本合理
圖3 全面性防御網(wǎng)絡(luò)攻擊需要實行一套分層化的安全功能。(圖片來源:華邦)
通過采用熟悉的SPI NOR Flash封裝及標準腳位,提供這些全面的功能,華邦可以協(xié)助確保每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在上市之前都能具備網(wǎng)絡(luò)攻擊防御能力。
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