我們幾乎每天都能聽說某個大型零售商或銀行機(jī)構(gòu)的安全漏洞遭到了攻擊。展望不久的將來，我們只能無奈地預(yù)計，隨著黑客使用的工具越來越復(fù)雜，以及他們能夠盜取的信息價值不斷增加，這些漏洞攻擊將會越來越頻繁地發(fā)生。而事實上，針對嵌入式系統(tǒng)的攻擊也的確在急劇增長。美國政府最近要求關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施公司 (互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)的最大用戶之一) 檢查其網(wǎng)絡(luò)是否受到來自“Energetic Bear”黑客組織的惡意軟件的感染。美國國土安全部工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急小組發(fā)布這一請求，是出于對美國電網(wǎng)可能面臨風(fēng)險的擔(dān)憂。

針對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施或數(shù)百萬客戶安全數(shù)據(jù)的攻擊是很可怕的，但對于個人來說，人們主要擔(dān)心黑客是否容易從家里、車上的嵌入式系統(tǒng)，以及大家每天使用的數(shù)以百計的嵌入式設(shè)備訪問數(shù)據(jù)。比如，智能家居可能知道什么時候它的主人會在家，如果有人能夠獲取這個信息，那么主人會安全嗎？如果一個人戴了連接到云的運(yùn)動跟蹤器，那么如果有人能夠訪問他/她的所在位置，了解他/她是否在睡覺，以及他/她午餐吃了什么之類的詳細(xì)信息，會產(chǎn)生什么后果？誰知道這些看似無害的數(shù)據(jù)經(jīng)過組合、比較，并結(jié)合從其他來源挖掘的數(shù)據(jù)，會被用來做什么？

設(shè)備級安全

作為系統(tǒng)設(shè)計師，我們可以采取哪些措施來提高個人信息的安全性？我們期望MCU和FPGA這樣的嵌入式系統(tǒng)模塊提供哪些功能？或許參考大數(shù)據(jù)信息安全計劃的一些創(chuàng)意是不錯的起點(diǎn)。大數(shù)據(jù)安全原則認(rèn)為，穩(wěn)健的安全系統(tǒng)必須分層，這樣黑客 (或數(shù)據(jù)礦工) 就無法通過單個故障點(diǎn)輕松訪問重要數(shù)據(jù)。那么，問題來了：如何在嵌入式設(shè)備中實現(xiàn)分層安全？

也許MCU或FPGA所需要的最明顯的安全功能是支持用于加密和解密敏感數(shù)據(jù)的通用加密標(biāo)準(zhǔn)。此外，安全密碼的保護(hù)也至關(guān)重要，有了這種保護(hù)，就不能通過網(wǎng)絡(luò)攻擊或物理篡改來訪問密碼。一些最先進(jìn)的密碼保護(hù)技術(shù)利用集成電路制造過程中的納米級差異來創(chuàng)建永遠(yuǎn)不會離開設(shè)備、也永遠(yuǎn)不會被外部黑客看到的唯一設(shè)備密碼。這種物理上不可克隆的功能 (簡稱PUF) 的示例依賴于加電周期內(nèi)SRAM初始化值的微小差異來創(chuàng)建真正的設(shè)備唯一隨機(jī)密碼。

為了給設(shè)備多加一層安全性，可能需要禁用一些能訪問片上數(shù)據(jù)的功能。例如，如果可以通過調(diào)試或測試端口輕松訪問MCU代碼，設(shè)備安全就很容易受到影響。MCU和FPGA需要提供保護(hù) - 也許通過特殊的鎖或密碼 – 讓未經(jīng)授權(quán)的用戶不能通過這些端口訪問數(shù)據(jù)。至少，這些端口應(yīng)該能夠完全“關(guān)閉”，這樣就不會提供潛在的攻擊機(jī)會。

分層安全的另一個機(jī)會與存儲在芯片上的數(shù)據(jù)有關(guān)。許多MCU和FPGA可以限制對片上數(shù)據(jù)的訪問。例如，與安全相關(guān)的代碼可以存儲在一個僅執(zhí)行存儲區(qū)中，其他片上進(jìn)程很難訪問這個存儲區(qū)。對嵌入式設(shè)備的常見攻擊手段是通過編程錯誤來生成“野生”指針以訪問用其他途徑無法訪問的數(shù)據(jù)。但是，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的硬件保護(hù)可以限制此類訪問，并將此錯誤標(biāo)記為潛在的篡改事件，讓系統(tǒng)可以采取適當(dāng)?shù)膽土P措施。

通常，嵌入式設(shè)備可以遠(yuǎn)程重新編程，這是一種用來修復(fù)錯誤和增加功能的實用能力。遺憾的是，如果此功能不受保護(hù)，攻擊者可能會插入自己的惡意代碼，并在機(jī)密數(shù)據(jù)流經(jīng)系統(tǒng)時劫持它們。當(dāng)嵌入式設(shè)備支持遠(yuǎn)程更新和錯誤修復(fù)時，需要提供額外的安全層，否則其安全性很容易受到威脅。

結(jié)論

以上的例子只是MCU和FPGA需要解決的幾個問題，隨著未來幾年它們在聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，還會有更多問題出現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計師應(yīng)該做好準(zhǔn)備，隨著最近互聯(lián)設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)張，在設(shè)備級別提供多層安全性的設(shè)備會迎來蓬勃發(fā)展。

審核編輯：郭婷