針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的安全微控制器剖析

時(shí)間：2022-02-13作者：鄭州龍興物聯(lián)科技有限公司瀏覽：166

在嵌入式應(yīng)用中完成安全性功能好像是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，專業(yè)給予安全性功能的微控制器 (MCU) 因而應(yīng)時(shí)而生，他們可以在嵌入式應(yīng)用之初完成安全性功能。這也是一件好事，由于不容置疑，必須一種新式的內(nèi)嵌式解決方法來維護(hù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) (IoT) 運(yùn)用。

ABI Research 的一項(xiàng)科學(xué)研究可能，上年賣出的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中不上 4% 具備內(nèi)嵌式安全性功能。與此同時(shí)，預(yù)測(cè)分析，到 2020 年，近 25% 的黑客攻擊將對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，進(jìn)而使安全性 MCU 變成熱點(diǎn)話題。

但什么叫安全 MCU？很多 MCU 宣稱給予安全性功能，但細(xì)心科學(xué)研究卻發(fā)覺僅僅吹捧。文中將深入分析界定安全性 MCU 的特點(diǎn)，并詳解實(shí)際的特點(diǎn)和功能，便于于將安全性 MCU 與僅聲稱具備維護(hù)功能的 MCU 區(qū)別起來。

較先，MCU 經(jīng)銷商尋找以附加的安全性防護(hù)層來填補(bǔ)其根據(jù)硬件配置的可靠解決方法，進(jìn)而提高對(duì)手機(jī)軟件系統(tǒng)漏洞和黑客攻擊的防御力。

探討2個(gè)MCU合作

伴隨著在互聯(lián)網(wǎng)邊沿運(yùn)作的節(jié)點(diǎn)機(jī)器設(shè)備的發(fā)生，大家要安全性的上空在線下載 (OTA) 固定件升級(jí)。Renesas 的 RX651 微控制器根據(jù)集成化可靠安全性 IP (TSIP) 和可靠閃存芯片區(qū)域代理來達(dá)到此升級(jí)規(guī)定，適用根據(jù)安全性通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場(chǎng)開展閃存芯片固定件升級(jí)。

TSIP 給予了靠譜的密鑰管理方法、數(shù)據(jù)加密通訊和偽造檢驗(yàn)，以保證對(duì)于監(jiān)聽、偽造和病毒感染等外界危害給予強(qiáng)大的維護(hù)（圖 1）。一樣，集成化的雙儲(chǔ)存區(qū)閃存芯片使機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)商較非常容易可以信賴地實(shí)行當(dāng)場(chǎng)固定件升級(jí)。




組份閃存芯片使嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)工作人員可以根據(jù) TSIP（用以維護(hù)數(shù)據(jù)加密密鑰）與加密硬件加速器（例如 AES、3DES、RSA、SHA 和 TRNG）的組成來完成高信賴根等級(jí)。而且有編碼閃存芯片區(qū)域代理來保證正確引導(dǎo)編碼免受沒經(jīng)認(rèn)證的再次程序編寫。

下面，Renesas 與嵌入式操作系統(tǒng)安全性** Secure Thingz 協(xié)作，對(duì)其 RX 系列產(chǎn)品 32 位微控制器開展安全性配備。因此，Renesas 將適用建立了 Secure Thingz 的 Secure Deploy 構(gòu)架，以簡(jiǎn)單化跨設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)制造企業(yè)戰(zhàn)略的安全防護(hù)完成。

在與內(nèi)嵌式安全性解決方法服務(wù)提供商協(xié)作的 MCU 經(jīng)銷商中，另一家是 STMicroelectronics 。這個(gè)集成ic生產(chǎn)商已經(jīng)與 Arilou Infor ** tion Security Technologies 協(xié)作建立一種雙層安全性配備，在其中的硬件設(shè)備和手機(jī)軟件可以互相填補(bǔ)以監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流分析并檢驗(yàn)通訊出現(xiàn)異常。

STMicro 的 SPC58 Chorus 系列產(chǎn)品 32 位車輛微控制器置入了數(shù)據(jù)庫安全控制模塊 (H ** )，可維護(hù)比較敏感的安全信息（如數(shù)據(jù)加密密鑰），進(jìn)而保證避免車體和 ** 運(yùn)用中的通訊系統(tǒng)總線遭受侵入。H ** 給予根據(jù)硬件配置的信賴根，以適用安全性通訊、OTA 升級(jí)和安全性正確引導(dǎo)。

如今，ST 在 SPC58 Chorus 系列產(chǎn)品車輛 MCU 中提升了 Arilou 的漏洞掃描和防護(hù)系統(tǒng) (IDPS) 手機(jī)軟件，以檢驗(yàn)交通出行出現(xiàn)異常并產(chǎn)生對(duì)于黑客攻擊的附加防護(hù)層（圖 2）。IDPS 是一種手機(jī)軟件解決方法，致力于監(jiān)控控制板地區(qū)互聯(lián)網(wǎng) (CAN) 系統(tǒng)總線并檢驗(yàn)汽車外形設(shè)計(jì)中電子器件操縱模塊 (ECU) 的通訊方式出現(xiàn)異常。




**型安全性MCU

以上一部分簡(jiǎn)略詳細(xì)介紹了集成化安全性功能以解決物理學(xué)和遠(yuǎn)程控制進(jìn)攻的 MCU。本一部分將表明**型安全性 MCU，通常稱之為安全性元件，這種元件根據(jù) I2C 或單線插口連接，當(dāng)做主 MCU 的伴芯。

安全性元件適用不具有安全性功能的 MCU，他們根據(jù)專業(yè)搭建的硬件配置，以給予對(duì)于各種各樣危害的安全性架構(gòu)。這種元件簡(jiǎn)易、劃算，而且可以緩解主 MCU 或 CPU 的安全性有關(guān)每日任務(wù)（如密鑰儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)加密加快等）負(fù)荷。這就是他們也稱之為安全性協(xié)處理器的緣故。

在安全性元件中，全部安全性預(yù)制構(gòu)件都是在一個(gè)一同界限內(nèi)工作中，該界限將身份認(rèn)證密鑰與手機(jī)軟件防護(hù)，進(jìn)而避免網(wǎng)絡(luò)黑客開展進(jìn)攻，如開關(guān)電源循環(huán)系統(tǒng)、鐘表毛邊和邊無線信道進(jìn)攻。在加工廠里將安全性密鑰和資格證書上傳入安全性元件中還能夠避免 IP 盜取、設(shè)計(jì)方案復(fù)制和商品假冒。

以 Microchip 的 ATECC608A 安全性元件（圖 3）為例子，其具備一個(gè)用以轉(zhuǎn)化成一密鑰的隨機(jī)數(shù)字產(chǎn)生器 (RNG)，與此同時(shí)合乎英國(guó)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)性研究所 (NIST) 的全新規(guī)定。該元件還具備用以互相身份認(rèn)證的數(shù)據(jù)加密網(wǎng)絡(luò)加速器，例如 AES-128、SHA-256 和 ECC P-256。




較終，用以密鑰儲(chǔ)存的安全性 ROM 構(gòu)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)黑客和蒙騙進(jìn)攻難以變更的不能更改自然環(huán)境，進(jìn)而避免偽造和邊無線信道進(jìn)攻?？偟脕碚f，ATECC608A 給予的服務(wù)范圍從安全性正確引導(dǎo)到 OTA 認(rèn)證，再到用以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云服務(wù)器身份認(rèn)證的安全性密鑰儲(chǔ)存和傳送。

另一個(gè)專業(yè)用以安全性功能完成的成本低 MCU 是 Microchip 的 SAM L11 （圖 4），可以維護(hù)功能損耗受到限制的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接點(diǎn)免遭故障注入和邊無線信道進(jìn)攻等危害的影響。該元器件根據(jù)模塊化設(shè)計(jì) GUI 抽象性出低等安全性關(guān)鍵點(diǎn)，使開發(fā)者可以挑選有關(guān)的安全性功能，進(jìn)而簡(jiǎn)單化內(nèi)嵌式安全性功能完成。




SAM L11 抽象性出的安全性功能包含第三方配備服務(wù)項(xiàng)目。該元器件還集成化了 Arm 的 TrustZone 技術(shù)性，這類技術(shù)性隔離了微控制器內(nèi)的安全性編碼和非安全性編碼。除此之外，SAM L11 還簡(jiǎn)單化了與 A ** zon Web Services (AWS) 等云服務(wù)器聯(lián)接時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接點(diǎn)的安全性要求。

NXP 的 LPC5500 微控制器朝向的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)邊沿運(yùn)用，是安全性 MCU 的另一個(gè)案例。該元器件利用裝置一的密鑰來建立不能更改的硬件配置信賴根。密鑰可以由根據(jù) SRAM 的物理學(xué)不能復(fù)制功能 (PUF) 在當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化成，容許終端用戶與 OEM 中間開展閉環(huán)控制事務(wù)管理。這類實(shí)際操作清除了第三方密鑰解決的要求。

**型安全工具

雖然像 ATECC608A 那樣以安全性為**的 MCU 包括了安全性預(yù)制構(gòu)件以推動(dòng)受信賴的生態(tài)體系，但他們并無法處理手機(jī)軟件防護(hù)問題。如今，在 MCU 上運(yùn)轉(zhuǎn)的手機(jī)軟件總數(shù)已經(jīng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，開發(fā)者必須維護(hù)大中型代碼庫免遭故意進(jìn)攻。

例如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都具備用以 Wi-Fi、手機(jī)藍(lán)牙、TLS 等功能的tcp協(xié)議，因而即使沒有網(wǎng)絡(luò)黑客盜取安全性密鑰，tcp協(xié)議的毀壞也會(huì)危害設(shè)施的運(yùn)作。這就規(guī)定將每日任務(wù)重要編碼和非每日任務(wù)重要編碼分離，并將重要手機(jī)軟件放置安全性的條件中。

Arm 的 TrustZone 自然環(huán)境（圖 5）將每日任務(wù)重要編碼和tcp協(xié)議與繁雜的電腦操作系統(tǒng) (OS) 手機(jī)軟件和大中型代碼庫分離，進(jìn)而避免固定件側(cè)門進(jìn)到安全性密鑰儲(chǔ)存區(qū)。該自然環(huán)境建立了好幾個(gè)手機(jī)軟件網(wǎng)絡(luò)虛擬化，以限定對(duì)微控制器內(nèi)部特殊運(yùn)行內(nèi)存、外接設(shè)備和 I/O 部件的瀏覽。




以上全部三種安全性微控制器 ATECC608A、SAM L11 和 LPC5500（圖 6）都使用了 TrustZone 技術(shù)性，可以將安全性編碼和非安全性編碼開展防護(hù)。除此之外，ATECC608A 安全性元件還可與一切適用 TrustZone 的微控制器一起應(yīng)用。




圖 6：LPC5500 微控制器中的 TrustZone 技術(shù)性與 Arm Cortex M-33 CPU捆縛在一起，如下圖左上角所顯示。（圖片出處：NXP）

在這兒，還值得一提的是，安全性 MCU 與 TrustZone 技術(shù)性是緊密聯(lián)系的，在某種程度上說 TrustZone 必須硬件配置維護(hù)，而像 ATECC608A 和 SAM L11 那樣的安全性 MCU 則在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案自然環(huán)境中促使了這一點(diǎn)。另一方面，TrustZone 則有利于在以 MCU 為**的嵌入式應(yīng)用中搭建緊密的軟件環(huán)境。

匯總

根據(jù)對(duì)安全性 MCU 開展分析，大家可掌握到他們?cè)鯓釉谠O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化內(nèi)嵌式安全性功能完成，及其怎樣避過安全生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)技能的險(xiǎn)峻學(xué)習(xí)曲線。這種**型 MCU 還可控制成本花銷和功能損耗，針對(duì)相對(duì)高度受到限制的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案，這也是2個(gè)關(guān)鍵考慮到要素。

當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的發(fā)布速率**出了安全性布署這種互聯(lián)設(shè)計(jì)方案的速率時(shí)，安全性 MCU 可給予一條解決各個(gè)方面網(wǎng)絡(luò)威脅的行得通方式。他們給予了一個(gè)簡(jiǎn)單化的解決方法，配置安全性設(shè)計(jì)方案生態(tài)體系，推動(dòng)了點(diǎn)一下式開發(fā)工具的產(chǎn)生。


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