[原創(chuàng)]硬件安全I(xiàn)C以低成本實(shí)現(xiàn)高回報(bào)

系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)很容易導(dǎo)致敏感信息遭受攻擊，這也促使人們迫切地尋求提供系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的方案。雖然大家在很大程度上依賴(lài)基于軟件的網(wǎng)絡(luò)安全手段，但基于硬件的方案則具有更強(qiáng)大的獨(dú)特保護(hù)措施，并以較低的成本提高信任度。高性?xún)r(jià)比硅解決方案的出現(xiàn)使設(shè)計(jì)者能夠強(qiáng)化設(shè)計(jì)，大大降低非法侵入嵌入式裝置、外設(shè)及系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，而對(duì)整體成本的影響則微乎其微。

我們假設(shè)這樣一個(gè)場(chǎng)景：憑借最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)起搏器提供穩(wěn)定的脈沖流，確保心肌收縮同步，心臟病人能夠在家中安逸的休息。他并不知道，一隊(duì)投機(jī)黑客已經(jīng)誤打誤撞地闖入其起搏器系統(tǒng)的IP地址，并在其中安裝了各種滲透工具。起搏器保護(hù)安全后臺(tái)，擊敗每次攻擊，保持既定信號(hào)的供應(yīng)，直到黑客知難而退、繼續(xù)尋求比較容易攻擊的目標(biāo)。而病人仍在安寧的休息，并未意識(shí)到這些攻擊的存在。

盡管這是一個(gè)虛擬場(chǎng)景，但很好地說(shuō)明了現(xiàn)實(shí)生活中的潛在危險(xiǎn)。實(shí)際上，F(xiàn)DA最近關(guān)于醫(yī)療器械漏洞的警告已經(jīng)引起人們對(duì)受信任系統(tǒng)的極大關(guān)注，該系統(tǒng)能夠?yàn)樗新?lián)網(wǎng)醫(yī)療裝置提供安全基礎(chǔ)。據(jù)報(bào)道，當(dāng)前的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)，甚至是無(wú)線(xiàn)交通管理系統(tǒng)存在類(lèi)似的薄弱環(huán)節(jié)，這些對(duì)健康、安全性相對(duì)敏感的系統(tǒng)很容易受到攻擊。不可思議的是，與這些健康和安全系統(tǒng)遭受攻擊后所造成的有形或無(wú)形損失相比，在設(shè)計(jì)中增加一級(jí)合理的可靠、安全保護(hù)的成本幾乎可以忽略不計(jì)。

數(shù)十年來(lái)，信任系統(tǒng)協(xié)議——無(wú)論是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，還是樓宇系統(tǒng)——都依賴(lài)于分層的資源保護(hù)，僅僅限制授權(quán)用戶(hù)、軟件過(guò)程或其它硬件裝置的訪(fǎng)問(wèn)。受保護(hù)的資源需要對(duì)請(qǐng)求實(shí)體的身份進(jìn)行安全認(rèn)證或驗(yàn)證，才允許訪(fǎng)問(wèn)。

雖然用于設(shè)備接入保護(hù)的安全認(rèn)證方法取決于多種安全認(rèn)證要素，包括門(mén)禁卡、登錄密碼以及生物信息檢測(cè)，傳統(tǒng)的安全認(rèn)證技術(shù)已經(jīng)落后于對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)安全性的需求。即使現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性也在很大程度上依賴(lài)于簡(jiǎn)單的ID和密碼，而ID和密碼容易被破解，使系統(tǒng)暴露于病毒之下，并且更加狡猾的病毒軟件能夠在一定時(shí)間周期內(nèi)快速入侵并竊取所謂安全的資產(chǎn)。

實(shí)際上，在對(duì)廠(chǎng)商的警告中，F(xiàn)DA把薄弱的密碼保護(hù)認(rèn)定為系統(tǒng)安全的關(guān)鍵：“不受控制的密碼分發(fā)、禁用密碼，用于訪(fǎng)問(wèn)私有設(shè)備(及管理員、技術(shù)和維護(hù)人員)的軟件采用固定密碼?！?/p>

實(shí)際上，涉及任何健康和安全的設(shè)備都要求部署比傳統(tǒng)ID和密碼可靠得多的安全認(rèn)證方法；對(duì)于傳統(tǒng)方法，用戶(hù)非常熟悉，當(dāng)然，黑客也非常熟悉。

有效的安全認(rèn)證

更有效的安全認(rèn)證方法需要主機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)質(zhì)詢(xún)。例如，不是傳統(tǒng)的質(zhì)詢(xún)——“請(qǐng)輸入密碼”，質(zhì)詢(xún)可能是一個(gè)看起來(lái)隨機(jī)的字符串。然后，請(qǐng)求實(shí)體發(fā)送一個(gè)編碼的響應(yīng)，其中包括一個(gè)信息驗(yàn)證代碼(MAC)，該代碼的計(jì)算中不但使用請(qǐng)求實(shí)體內(nèi)部數(shù)據(jù)和密碼，而且使用從主機(jī)接收的特定隨機(jī)質(zhì)詢(xún)。接下來(lái)，主機(jī)將接收到的MAC響應(yīng)與預(yù)期響應(yīng)進(jìn)行比較，驗(yàn)證對(duì)方是否為合法實(shí)體。

利用這種更加可靠的質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)安全認(rèn)證方法，無(wú)線(xiàn)起搏器，能夠確認(rèn)接收到的MAC是否有效，確保正在通信的主機(jī)是合法的，然后再更改脈沖率。在轎車(chē)、卡車(chē)或重型機(jī)械中，汽車(chē)的電子控制單元可以按照提供有效MAC的嵌入式裝置接收到的數(shù)據(jù)流響應(yīng)緊急狀況。

過(guò)去，尋求部署更高安全措施的公司不得不選擇可靠但昂貴的硬件，例如獨(dú)立的加密保護(hù)單元，或采用很有局限的軟件方案。軟件實(shí)現(xiàn)高級(jí)質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)的方法可能會(huì)大幅增加主機(jī)處理器的負(fù)載，潛在地威脅主機(jī)系統(tǒng)的安全響應(yīng)和總體性能。除了這些運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，軟件方案仍然具有任何系統(tǒng)安全架構(gòu)都存在的薄弱環(huán)節(jié)。密匙保存在常規(guī)的系統(tǒng)存儲(chǔ)器，容易被發(fā)現(xiàn)和更改，而算法本身運(yùn)行在更加通用的硬件上，不能確保質(zhì)詢(xún)的完全隨機(jī)性，甚至泄露。這種組合潛在地將應(yīng)用暴露于攻擊之下，黑客可通過(guò)不斷掃描，利用技術(shù)和社交途徑進(jìn)行攻擊。

與基于軟件的安全方法相比，實(shí)現(xiàn)安全方法的專(zhuān)用IC具有多種優(yōu)勢(shì)。專(zhuān)用加密芯片分擔(dān)主機(jī)MCU的處理負(fù)載，使其無(wú)需執(zhí)行苛刻的加密算法。此外，這些安全I(xiàn)C減少黑客的攻擊點(diǎn)，為數(shù)據(jù)提供安全存儲(chǔ)，例如密匙和代表共享密匙的加密參數(shù)。通過(guò)保護(hù)安全加密數(shù)據(jù)和算法，這些器件能夠應(yīng)對(duì)軟件安全方法中難以管理的威脅。

在更基礎(chǔ)的層面，硅保護(hù)方案提供了高信任度的基礎(chǔ)，允許工程師構(gòu)建更高層應(yīng)用，合理保證算法和數(shù)據(jù)的底層安全。實(shí)際上，如下文所述，在硅中創(chuàng)建高可靠性保障，最終不僅依賴(lài)于硅器件本身的安全，而且依賴(lài)于源頭生產(chǎn)、分發(fā)渠道的安全。

安全I(xiàn)C

專(zhuān)用安全認(rèn)證器件，例如Maxim Integrated的DeepCover安全認(rèn)證器，充分利用了Maxim的DeepCover嵌入式安全方案所獨(dú)有的物理保護(hù)機(jī)制。這些安全認(rèn)證器件利用多層高級(jí)物理安全保護(hù)敏感數(shù)據(jù)。攻擊者面對(duì)采用縱深防御安全措施的器件，為成功攻擊的成本和