作者：Manoj Rajashekaraiah，首席工程師

摘要

本文探討了機器人控制系統中的安全風險和有效安全措施。文中介紹了工業安全標準，并分析了滿足工業安全標準所需達到的基本要求。

引言

工業4.0的核心是工廠自動化，工業機器人、自主移動機器人(AMR)和協作機器人對于實現現代工業4.0至關重要。機器人正日益智能化，協作能力不斷增強，能夠在有人或無人干預的情況下高效完成復雜任務。隨著自動化程度和機器人使用率的提升，對機器人控制系統的安全和安防要求也不斷提高。機器人最初主要用于工廠車間，但現在，機器人已應用于醫療、物流、農業等眾多領域。事故在所難免，但由惡意攻擊引發的事故后果尤其嚴重。惡意劫持和控制機器人會造成嚴重的經濟和財務損失。

機器人控制系統中的安全風險

圖1展示了典型的安全風險，攻擊者可以利用這些安全漏洞對機器人控制系統發起惡意攻擊1。

圖1.機器人控制系統中的安全風險

表1列舉了一些需要關注的問題。

表1.安全風險問題

注：相當一部分安全風險來源于軟件漏洞。

工業和機器人領域的法律法規旨在增強網絡韌性和保障安全運營

網絡安全環境正快速演變，針對工業及機器人行業的法律法規日益增多。其中，針對網絡安全的法規有《歐盟網絡安全法案》、《歐盟網絡彈性法案》和《美國關鍵基礎設施網絡事件報告法案》等。中國和印度的相關法律法規也在持續完善中?！禢IST操作技術(OT)安全指南》和[IEC 62443]等標準為我們提供了系統指導，使我們能夠采取“安全設計”的方法來設計和開發控制系統，從而提升系統抵御網絡攻擊的能力。

IEC 62443工業自動化和控制系統安全(IACS)要求

IEC 62443是針對IACS的安全標準。^2^ 它是工業自動化控制系統開發中廣泛采用的標準，獲得了大多數法規的推薦和認可，其重要性不言而喻。實施該標準有助于我們遵循相關法規，降低控制系統中潛在的網絡安全風險，修復控制系統中的安全缺陷，保護關鍵資產，并實現其他諸多目標。

圖2.IEC 62443是一項全面的安全標準

該標準的某些部分側重于流程和程序，而IEC 62443-4-1和IEC 62443-4-2則專門解決組件安全性問題。根據IEC 62443-4-2，組件類型包括軟件應用、主機設備、嵌入式設備和網絡設備。該標準根據組件滿足的組件要求(CR)和增強要求(RE)，定義了每種組件類型的能力安全級別(SL)。其中定義了四個安全級別(SL)：SL0至SL3。SL2和SL3級別明確要求采用基于硬件的安全機制。

開發機器人安全系統解決方案需要哪些能力和技術？

為了構建安全的機器人控制系統，需要解決“機器人控制系統中的安全風險”部分中重點指出的風險。所需的關鍵能力和技術包括：

u 安全認證：集成安全認證器來驗證設備/組件身份。

u 安全協處理器：利用專用硬件實現安全存儲和加密操作。

u 安全通信：實施加密協議以保護數據交換。

u 訪問控制：實施細粒度權限管理機制，防止未經授權的系統訪問。

u 物理安全措施：采取措施防止物理篡改。

交鑰匙安全IC（例如安全認證器和協處理器）專為滿足上述要求而設計，易于實施且具有成本效益。除了這些固定功能IC，還有專為主機處理器設計的全套軟件協議棧。^2^

注：使用分立安全元件可防止被攻陷的應用處理器訪問物理隔離的獨立IC中存儲的憑證，從而增強系統強韌性。

除了上述方面之外，系統開發人員還必須采用結構化的安全開發方法，涵蓋需求收集、威脅建模、安全設計、實現、測試、認證和維護等環節。遵循安全開發生命周期(SDL)可確保從一開始就將安全性融入到開發過程中。

是什么讓ADI公司成為打造機器人安全系統解決方案的理想合作伙伴？

ADI不僅僅是MAXQ1065和DS28S60等交鑰匙安全IC的供應商，更是幫助機器人行業的客戶滿足多樣化安全要求的合作伙伴。憑借在安全和機器人技術領域的深厚專業積累，ADI成為應對機器人系統安全方面獨特挑戰的理想解決方案提供商。我們深諳相關領域，能夠幫助客戶打造整合了硬件、軟件和系統級考量的全面解決方案。

鑒于機器人系統的安全性需要全盤考慮，因此ADI不僅提供元器件，更著眼于系統整體層面。我們綜合考慮硬件、軟件、通信和集成等因素，確保所有關鍵組件無縫集成。

ADI的無線電池管理系統(wBMS)是與汽車行業成功合作的典范，充分展現了ADI在實施強大安全措施方面的出色能力。通過與客戶密切合作，ADI開發出了高度安全可靠且通過ISO 21434認證的wBMS系統，彰顯了ADI致力于提供全面解決方案的承諾。在機器人行業推動類似協作，將能充分發揮ADI在安全實施方面的專業能力。通過與利益相關方密切合作，ADI可以利用自身在汽車領域的經驗和成功實踐，為開發安全可靠的機器人系統做出貢獻。

ADI憑借全面的技術能力和對安全的高度關注，成為系統設計領域的理想合作伙伴，在所有與網絡安全相關的工作中提供可靠的專業知識和支持。

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機器人關節控制器中的用例

圖3展示了機器人關節內一種可能的機器人關節控制系統設計。

圖3.MAXQ1065在機器人關節控制系統中的可能用途

在這項設計中，MAXQ1065的潛在價值得到了明確體現，它能夠實現安全引導功能，進而提升整個系統的安全性。MAXQ1065還具備多種附加特性，例如安全密鑰存儲、安全通信協議和加密操作。后續文章將深入探討這些用例，并探索實際應用。

結論

機器人技術的未來發展，離不開網絡安全的保駕護航。安全認證、加密通信和供應鏈安全等強有力的措施，對于防范威脅至關重要。通過把網絡安全置于優先位置，并充分發揮ADI的專業優勢，我們不僅能夠全面釋放機器人技術的潛力，還能有效應對互聯世界中的新興風險。

在下一篇文章“機器人安全用例與實施：護航未來安全”中，我們將更深入地探討網絡安全與機器人技術的交叉領域，并展示ADI安全產品在現實場景中的實際應用。

關于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力于在現實世界與數字世界之間架起橋梁，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創新者不斷超越一切可能。

作者簡介

Manoj Rajashekaraiah是ADI公司安全事業部的首席工程師，主要負責軟件系統設計工作。他專注于嵌入式設備安全，尤其擅長為汽車和物聯網應用開發安全、安保和傳感器軟件。Manoj是一位經驗豐富的演講者和博主，熱衷于分享知識，曾在IEEE INIS和VDA Automotive SYS等會議上分享個人見解。他在embedded.com上發表過文章，并定期在卡納塔克邦的研究所發表演講。Manoj擁有印度彼拉尼BITS的嵌入式系統碩士學位。