我們?nèi)粘Ｊ褂玫脑S多東西正在變得智能化并且都連入了互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將改善我們的生活，它幫助我們實現(xiàn)健康和健身目標、減少資源消耗、提高生產(chǎn)力、追蹤并確保資產(chǎn)安全。許多嵌入式開發(fā)人員意識到IoT 的潛在好處并積極開發(fā)各種應(yīng)用程序，范圍涉及家庭連接設(shè)備、可穿戴和家庭安全系統(tǒng)等。然而，風險與收益并存。沒有人希望設(shè)計的應(yīng)用程序容易受到攻擊或數(shù)據(jù)易遭竊取。引人注目的黑客攻擊會對品牌形象造成嚴重影響并失去客戶信任，最糟糕的是，它會減緩或永久性減少人們使用IoT。

IoT通常被稱為一場工業(yè)革命。可連接設(shè)備的數(shù)量將在未來幾年內(nèi)快速增長。如果跟蹤IoT 的分析師之間有何爭議的話，那便是到底會有幾十億的可連接設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)對社會的經(jīng)濟價值預估為4至11萬億美元。在加速可連接設(shè)備產(chǎn)品上市的競賽中，實現(xiàn)適當?shù)陌踩胧硪恍┞闊驗檫@會增加元器件成本、開發(fā)工作量和設(shè)計復雜度。

同時，適當?shù)陌踩胧δ承┊a(chǎn)業(yè)來說并非至關(guān)重要。然而采取適當?shù)陌踩胧┦潜苊馐艿焦舻年P(guān)鍵。供應(yīng)商的產(chǎn)品受到攻擊后，重大的安全和隱私問題以及負面報導可能會暫時或永久性減緩人們使用IoT。即使是在家庭和日常生活中的簡單設(shè)備，許多消費者也對連接安全保持懷疑，一些研究人員和業(yè)界觀察人士更認為IoT安全災難必將發(fā)生。實際上，最近有很多高調(diào)曝光的攻擊廣受關(guān)注，因此有人認為這個災難已經(jīng)來臨。請點擊“閱讀原文”觀看完整的“物聯(lián)網(wǎng)安全分析”文章。

量子密碼學攻擊

當前IoT的安全狀況類似于量子密碼學，這通常指量子密鑰分配。與其他密鑰分配方案不同，量子密碼學承諾在物理定律的基礎(chǔ)上保證絕對安全性。而相比之下，大多數(shù)密鑰分配方案依賴于大數(shù)因式分解或離散對數(shù)問題計算復雜性的假設(shè)。盡管量子密碼學于1984年被發(fā)現(xiàn)，但直到2000年商業(yè)加密系統(tǒng)才被引進市場。量子密碼系統(tǒng)依賴于單個光子，搭建量子密碼系統(tǒng)很復雜，不過上市時間才是本質(zhì)問題。2010年，第一個徹底打破量子密碼學系統(tǒng)的安全漏洞被公諸于眾。從理論上講，量子密碼學是不可能被破壞的，但實際上，并未考慮系統(tǒng)設(shè)計過程中的邊測和漏洞。

此外，有趣的是，直到組建專門的小組去破壞這些系統(tǒng)之前漏洞都未被發(fā)現(xiàn)。在組建該專門小組之前，整個產(chǎn)業(yè)都在關(guān)注如何使量子密碼學系統(tǒng)更穩(wěn)健和如何使這些系統(tǒng)上市。量子密碼學類似事件給我們上了重要一課。最值得注意的是，它表明安全是一個持續(xù)不斷的發(fā)展過程，需要多學科方案來預測潛在的攻擊。當工程團隊試圖使某些事情變得像量子密碼系統(tǒng)一樣復雜時，他們可能也會弄不明白攻擊者是如何侵入系統(tǒng)的。整個過程相互矛盾。因此，需要將質(zhì)量保證和安全團隊從搭建安全系統(tǒng)的工程團隊中分離出來。

另一個關(guān)鍵點是，量子密碼學系統(tǒng)受到攻擊肯定會暫時(如果不是永久地)降低該技術(shù)的市場接受度和對該技術(shù)的信任度。因此，如果產(chǎn)業(yè)能夠在前期階段對安全投入更多，那么盡管這會使上市時間更長、成本更高，但最終也會大有裨益。

IoT安全分析

目前，IoT安全所必需的技術(shù)已經(jīng)存在。但是缺乏如何實施這項技術(shù)的知識通常是大多數(shù)安全漏洞的根本原因。然而，一個“安全”的IoT設(shè)備并不能確保能夠?qū)崿F(xiàn)一個安全的系統(tǒng)。雖然如此，開發(fā)人員至少應(yīng)當意識到以下類型的安全。

硬件安全

安全的IoT設(shè)備具有許多安全特性。首先，它使用對稱密碼來執(zhí)行安全啟動和安全引導加載或空中(OTA)固件更新。安全的IoT設(shè)備還使用硬件加密加速器，它們更快、更節(jié)能，并且更不易受到邊信道分析攻擊。

在安全的IoT設(shè)備中，調(diào)試端口是禁用的。如果在某些時候需要重新打開調(diào)試端口(例如需要遠程存儲器存取或由于其他原因)，就要通過一個使用公開密鑰認證的認證質(zhì)詢響應(yīng)方案來實現(xiàn)。雖然安全啟動和引導加載可防止攻擊者修改程序存儲器，但安全的IoT設(shè)備能夠進一步限制對于程序存儲器的訪問讀取。這通常意味著設(shè)備具有內(nèi)部存儲器或內(nèi)置閃存。在使用外部存儲器的情況下，這也意味著外部存儲器的內(nèi)容需被簽名和加密。

軟件安全

為了確保在安全的IoT 設(shè)備上運行的軟件能進一步加強安全性，必須在關(guān)鍵部分進行硬件化。這意味著它可以阻止跳過單條指令。例如，安全啟動簽名檢查或密碼簽名檢查。這種方法可確保即使攻擊者能夠使處理器跳過一條指令，那么也不會產(chǎn)生關(guān)鍵性的安全后果。此外，為了避免代碼中的安全問題或第三方庫引起系統(tǒng)范圍的存取，可采用ARMv8M 的TrustZone對不同庫進行分區(qū)管理。

通信安全

大多數(shù)集成電路(IC)與其他IC、IoT設(shè)備、網(wǎng)關(guān)和/或云端通信，有必要保護這些通信信道。當與其他IC通信時，意味著要啟用加密和身份驗證以確保完整性和機密性。一個可能的范例是數(shù)據(jù)存儲在片外存儲器上，或者主處理器與通信IC 或傳感器之間的有線總線。當與其他IoT設(shè)備通信時，通常使用諸如zigbee、Thread或低功耗藍牙等通信協(xié)議。大多數(shù)協(xié)議中都有安全選項，重要的是要打開這些安全選項。

另一個重要的考慮因素是設(shè)備部署。一旦在通信設(shè)備之間采用了安全措施，那么安全的數(shù)據(jù)傳輸就顯而易見了。然而，分發(fā)密鑰并不是直接的。對于無線設(shè)備而言，這通常涉及設(shè)備加入無線網(wǎng)絡(luò)的部署步驟，例如使用藍牙部署一個可連接燈泡到基于zigbee的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。用于部署的選項取決于系統(tǒng)基本功能、易用性和安全性之間的折衷。只要安全的IoT設(shè)備不降低安全性即可。此外，安全的IoT設(shè)備使用TLS/DTLS來建立到云端的安全的端對端(end-to-end)連接。

應(yīng)用層安全

應(yīng)用層可能位于設(shè)備上或云服務(wù)中，抑或兩者皆有。在許多應(yīng)用中，通常需要在應(yīng)用層進行密碼保護。安全的IoT設(shè)備強制用戶更改密碼，并將最常用的密碼列入黑名單。如果可能，設(shè)備甚至可以實施雙重身份驗證。

系統(tǒng)安全

從系統(tǒng)的角度來看，一些看似無害的子系統(tǒng)也可能會增加整個系統(tǒng)的不安全性。因此，為了構(gòu)建安全的IoT設(shè)備，在每個子系統(tǒng)內(nèi)部有一些關(guān)于實現(xiàn)安全性的假設(shè)。每個子系統(tǒng)的安全性應(yīng)當是獨立的或在最小程度上依賴于其他子系統(tǒng)的安全性。

總結(jié)

參與IoT生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)人員、設(shè)備制造商和服務(wù)提供商需要接受在IoT各個層面上實現(xiàn)有效安全措施所帶來的成本上升和上市時間延遲，這包括從設(shè)備到云端，以及每項開發(fā)工作的開始階段。協(xié)調(diào)實現(xiàn)整個IoT 安全有助于預防災難性的安全漏洞和隨之而來的惡劣影響。如果災難發(fā)生，那么即使漏洞被修復，也可能影響對于IoT市場的投資。