嵌入式系統設計人員有了新的網絡安全武器，可以保證信息安全、防止篡改和建立可信任的系統。

物聯網(IoT)的規模和復雜性不斷上升，對主動的強化安全措施的需求日益增加。僅利用軟件安全功能已經不足以應對已知的網絡威脅，更有效的方法是采用分層技術戰略，這種戰略以采用能夠提供IC級硬件可信根的新一代系統級芯片(SoC) FPGA開始。在此堅實的基礎之上，應采用可擴展的解決方案，包括根據風險合適的方式來選擇其它元件，比如用于動態數據、使用中的數據和靜態數據的安全措施，以及加密和軟件保護。

目前，整個網絡基礎設施比以前更容易受到攻擊，使安全挑戰變得更為復雜。連接IoT器件的數量呈指數級增長，增大了硬件和嵌入式系統的安全風險。網絡基礎設施和信息系統所安裝的聯網器件日益復雜，種類繁多，因而必須采用合適的安全級別和主動性的保護方法進行保護，這些保護方法應根據威脅的數量、頻率和類型進行優化。

采取多層方法

恰當的安全必須是可擴展的，而且必須是以IC級硬件可信根開始(圖1)。為了確保硬件、實施設計安全和鎖定數據安全，其它部件技術和支持元件也是必不可少的。

第一組技術和支持元件用于保證信息安全，采用物理反克隆功能(PUF)、高級加密加速器，以及專利許可的抗差分功率分析(DPA)功能，通過密匙存儲傳輸信息。

圖1：多層方法是確保硬件安全、實施設計安全和鎖定數據安全是必不可少的。

第二組技術包括防篡改能力。這組技術包括安全比特流、篡改檢測和響應，以及防止復制、克隆或反克隆向工程的機制。

第三組是建立可信任的系統，通過許可和認證的專利保護抗DPA、NIST認證的加密加速器和安全供應鏈來實現。

FPGA提供系統可信根

新一代SoC FPGA具有建立系統可信根必須的各種特性，而系統可信根是防止關鍵數據受到攻擊的必要基礎。

例如，目前的FPGA提供許可的、專利的和認證的DPA保護，確保防止設計知識產權(IP)被復制和被逆向工程。DPA保護還通過驗證FPGA是可信的而提供供應鏈保證。目前的SoC FPGA還對照器件證書的認證參數，及通過證明唯一的器件密鑰而提供驗證。這種技術是確保正在被編程的器件不會構成供應鏈偽造問題的最有效方法。

圖2：美高森美SmartFusion2 SoC FPGA利用內置設計安全特點保護有價值的

設計IP。

除保護IP以外，目前的FPGA還通過防止產品逆向工程來增強網絡安全。通過加密和保護配置比特流，以確?；贔PGA之設計的安全。當檢測到篡改時，器件必須能夠識別這種未經授權的訪問，將所有值重新設置為零。這樣做顯著減少了攻擊成功的機會。為了進一步加強保護使用中的數據，集成許可DPA對抗措施，加強FPGA抵抗危險的DPA密匙提取攻擊的能力。更好的是集成特殊的安全鎖定位特點使FPGA能夠定義安全屏障，從而在使用某些系統能力之前要求授權。

除DPA保護和防篡改能力之外，提供系統可信根的其它關鍵FPGA特點包括加密比特流、多密匙存儲元件、安全閃存和集成PUF。

增加安全層

采用SoC FPGA提供設計硬件可信根，下一步是采取國防部稱為“深度防御”的方法，在整個系統增加多個安全層。有關硬件解決方案提供多個IA層和加密技術支持，保證軟件應用、FPGA和SoC設計中靜態數據、動態數據和使用中的數據的安全。

對于靜態數據，存儲器是重點關注區域。嚴苛的嵌入式計算應用最好是采用可靠性高的安全SSD。高度安全的SSD必須防止敏感數據受到威脅，同時減少存儲媒體固有的脆弱性。因此，為了實現最佳信息安全保證，必須采用具有硬件加密和丟失預防功能的強化SSD。

為了保護動態數據，可以采用與以太網配合的新方法，因為以太網在層2(L2)操作，其自身的加密協議在IEEE 802.1AE MACsec標準中定義。解決方案的安全強度與安全實施層之間存在直接聯系。由于這種關系，以太網連接要求L2安全加密。目前有幾種安全解決方案，可在任何網絡(包括多運營商和基于云的網絡)實現基于流動、端至端IEEE 802.1AE MACsec安全加密。這種安全與網絡是否感知到安全協議無關，而物理層解決方案(PHY)提供128/256位AES加密，以應對不斷演變的網絡威脅。

不管是靜態數據、動態數據或使用數據，都應該采用多層加密以確保安全。一個實例是采用軟件加密，降低從靜態或運行時間存儲器提取加密密匙時會出現的安全脆弱性?；谲浖男录夹g提供有利的密匙隱藏解決方案，采用廣泛的算法和平臺支持來保護密碼和加密密匙。

另一個必須保護的重要系統元件是同步定時，特別是關鍵通信基礎設施的同步定時。許多組織信賴公開獲得的時間服務器提供協調世界時(UTC)來源。為了傳輸這些UTC來源及維持全面安全的定時基礎設施，必須有產生、分配和使用精確時間的穩健的端對端定時解決方案。

要將這些元件集成在一起，通常需要專業技術，部件供應商贊助的獨立實驗室向開發人員提供嵌入式系統安全的資源。這些中心聘用安全和系統分析家、加密學家及硬件和軟件工程師，通過協同合作來幫助他們規劃保護戰略，對風險進行評價，對黑匣子設計進行評估，并執行安全工程及其它重要任務，從而為公司提供寶貴的交叉-垂直專業技術。

對嵌入式系統設計人員來說，網絡安全非常重要。目前的SoC FPGA為多層解決方案提供可信根基石，保護關鍵項目的信息和技術安全。建立風險合適的解決方案需要適當組合合適的技術和能力，以擴展安全解決方案，從而應對不斷演變的威脅。