短距離無線解決方案和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的安全性

雖然無線連接帶來了許多優(yōu)勢，但安全性是它增加弱點(diǎn)的地方。有線連接可以被探測或轉(zhuǎn)移，但它需要物理訪問和非常明顯的干擾。相比之下，無線連接使得可以遠(yuǎn)程監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸或注入惡意內(nèi)容而看不見。本文討論了隨著解決方案和威脅變得越來越復(fù)雜，短距離無線的安全性如何不斷發(fā)展。

近年來，短距離無線解決方案的使用呈爆炸式增長，這主要是由于低功耗藍(lán)牙（BLE）標(biāo)準(zhǔn)的到來。雖然以前存在許多短程無線解決方案，但它們的采用是有限的。這要么是因?yàn)樗麄儗Ｗ⒂诶袌?- 如Zigbee或ANT - 要么不適合電池供電或間歇性用例 - 如藍(lán)牙“經(jīng)典”。BLE實(shí)現(xiàn)了原始藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的一般“電纜更換”目標(biāo)，并且隨著BLE在手機(jī)，筆記本電腦和平板電腦上迅速原生可用，有一個(gè)現(xiàn)成的設(shè)備市場可以連接。

大多數(shù)早期的BLE解決方案都是一個(gè)設(shè)備與另一個(gè)設(shè)備之間非常簡單的點(diǎn)對點(diǎn)（P2P）連接。BLE連接有兩個(gè)主要的安全級別：“配對過程”，即在兩個(gè)設(shè)備之間建立安全鏈路，然后對實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。

配對在很多方面都是P2P連接安全性的弱點(diǎn)，并且可能受到“中間人”攻擊，即第三方設(shè)備連接到兩個(gè)合法設(shè)備并將自身放置在它們之間，從而允許它監(jiān)視或操縱數(shù)據(jù)流量。這種風(fēng)險(xiǎn)可以通過“帶外”數(shù)據(jù)交換進(jìn)行配對來降低，這涉及手動輸入密碼或通過不同的通道（如NFC）交換密鑰。缺點(diǎn)是增加了用戶的復(fù)雜性和設(shè)備的成本。

這凸顯了在考慮安全性時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵問題 - 很少有“正確”的答案。挑戰(zhàn)在于在安全性、可用性和成本之間找到正確的權(quán)衡。

數(shù)據(jù)加密 | 超越

建立連接后，數(shù)據(jù)通過AES-CCM 128位對稱密鑰加密進(jìn)行加密，這通常被認(rèn)為是安全的。但是，只有在密鑰保持機(jī)密的情況下，這才是正確的。許多簡單的BLE設(shè)備的一個(gè)問題是，它們的集成微處理器受到限制，沒有安全的內(nèi)存存儲。因此，攻擊者可以暫時(shí)獲得對設(shè)備的訪問權(quán)限并竊取密鑰以用于將來的間諜目的。

即使我們假設(shè)鏈接是安全的，這也只會建立安全的P2P連接。較新的應(yīng)用程序連接越來越廣泛，數(shù)據(jù)最終傳輸?shù)姆秶h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單的P2P鏈路 - 可能從設(shè)備到手機(jī)，然后到云端，然后傳輸?shù)竭M(jìn)一步的專有系統(tǒng)。這為那些有惡意意圖的人帶來了一個(gè)大大擴(kuò)大的“攻擊面”。

在這樣的環(huán)境中，鏈路級安全性可能不再足夠，可能需要端到端的安全層來確保安全操作。如果以醫(yī)療可穿戴設(shè)備為例，在極端情況下，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)可能會危及生命。

端到端安全注意事項(xiàng)

對于端到端安全系統(tǒng)，有兩個(gè)主要考慮因素。加密是一個(gè) - 數(shù)據(jù)可以從一端傳遞到另一端，但即使他們完全控制了中間中繼點(diǎn)，任何人都無法讀取。第二個(gè)是身份驗(yàn)證 - 顯然來自終端設(shè)備的數(shù)據(jù)確實(shí)來自該設(shè)備，而不是由惡意行為者注入，反之亦然。

加密通常被視為安全性中的主要問題，但身份驗(yàn)證通常是最關(guān)鍵的步驟。為了說明這一點(diǎn)，當(dāng)您使用信用卡/銀行卡時(shí)，您可能不希望人們監(jiān)視您的金融交易，但是如果有人可以很容易地假裝成您并訪問您的銀行帳戶，您可能會更加擔(dān)心。

公鑰/私鑰加密方法提供了對交易進(jìn)行身份驗(yàn)證和保護(hù)的方法。使用接收方的公鑰進(jìn)行加密意味著只有它們可以對其進(jìn)行解碼。使用發(fā)件人的私鑰進(jìn)行加密意味著任何人都可以驗(yàn)證發(fā)件人的身份。

不幸的是，在安全領(lǐng)域，解決一個(gè)問題往往會導(dǎo)致簡單地創(chuàng)建另一個(gè)問題。在這種情況下，出現(xiàn)的直接問題是您如何安全地交換和存儲密鑰。例如，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)為安全架構(gòu)帶來了額外的挑戰(zhàn)，因?yàn)橥ㄟ^設(shè)計(jì)，它們的目標(biāo)是使將設(shè)備添加到智能家居網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)中變得容易。風(fēng)險(xiǎn)在于，惡意黑客可能會找到一種方法將設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，然后造成損害，進(jìn)入或采用設(shè)備進(jìn)行拒絕服務(wù)攻擊。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可能特別容易受到攻擊，因?yàn)樗鼈兛梢跃哂型ㄓ镁W(wǎng)絡(luò)密鑰。因此，如果獲得此密鑰，則可以免費(fèi)訪問整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在這樣的系統(tǒng)中，密鑰存儲變得至關(guān)重要，因?yàn)榧词谷肭终呖梢耘R時(shí)訪問設(shè)備，密鑰仍然處于隱藏狀態(tài)。

密鑰存儲的最終解決方案是使用由受信任的合作伙伴在安全工廠中編程的硬件“安全元件”。這種方法已成功應(yīng)用于智能卡以保護(hù)銀行卡，并應(yīng)用于SIM卡以限制對蜂窩網(wǎng)絡(luò)的訪問。

但是，該解決方案僅適用于由少數(shù)跨國數(shù)字安全公司大量生產(chǎn)的系統(tǒng)。顯然，將其轉(zhuǎn)移到短程通信領(lǐng)域會帶來與市場碎片化相關(guān)的幾個(gè)問題，許多產(chǎn)品和行業(yè)參與者。

雖然老一代無線設(shè)備通常是完全開放的，但新一代產(chǎn)品將其他安全功能集成到系統(tǒng)中。除其他事項(xiàng)外，ARM的“信任區(qū)”還包括一個(gè)安全的密鑰單元。在這里，密鑰存儲單元和加密服務(wù)保存在處理器的安全部分中。在實(shí)踐中，這意味著密鑰可以放入，但一旦進(jìn)入內(nèi)部就無法讀出，并且加密操作在安全部分內(nèi)部進(jìn)行。

“信任區(qū)”可以被認(rèn)為是將安全性從零提高到最終“智能卡”級別的第一步。然而，它因在標(biāo)準(zhǔn)芯片中實(shí)現(xiàn)而沒有特定的硬件保護(hù)，以防止通過側(cè)通道讀取密鑰，例如功率波動。它也可以說過于靈活，這意味著沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師可能會因錯(cuò)誤而留下安全漏洞。

安全性后續(xù)步驟

實(shí)現(xiàn)安全性的下一步是添加一個(gè)硬件安全元件，該元件的作用與智能卡中的安全元件大致相同。在這里，問題是以相對安全的方式管理密鑰的配置，而不會產(chǎn)生安全的“Fort Knox”可信工廠的高開銷。

未來的芯片組和模塊肯定會具有比目前常態(tài)更高的安全級別。將包括基于通信SoC中的嵌入式區(qū)域或配套硬件安全元件的密鑰存儲解決方案。密鑰的配置也將不斷發(fā)展，以滿足不同安全級別的需求，同時(shí)避免智能卡行業(yè)所用方法的成本和復(fù)雜性。

無線更新是最新一代無線設(shè)備的常見功能，為黑客提供了另一種攻擊。這受安全啟動進(jìn)程的保護(hù)，該過程在啟動時(shí)驗(yàn)證要加載的代碼自上次啟動以來是否未更改，并且任何更新程序包都包含正確的數(shù)字簽名以驗(yàn)證代碼的來源。

許多新一代設(shè)備還將安全啟動過程集成到安全硬件元素中。

將安全性集成到無線設(shè)備中

最終，安全性始終是一種權(quán)衡。添加安全功能會增加成本、設(shè)計(jì)復(fù)雜性并降低性能特征，包括吞吐量、功耗和可用性。這對于小型無線設(shè)備尤其重要，這些設(shè)備通常旨在降低成本并使用簡單，有限的接口。

然而，隨著無線設(shè)備的復(fù)雜程度和連接性的增長，惡意黑客的興趣也在增加。這是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)，等待無線設(shè)計(jì)人員做出回應(yīng)。

審核編輯：郭婷