在不安全的世界中保護邊緣

在所有行業(yè)和技術(shù)中，沒有一個行業(yè)和技術(shù)的規(guī)模增長速度能像物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 一樣快，2000 年代初最初只是少數(shù)幾個支持互聯(lián)網(wǎng)的實驗性微控制器，如今已發(fā)展到全球超過 210 億臺設(shè)備。以太網(wǎng)允許設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，而 Wi-Fi ?真正推動了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，因為它使非常小的設(shè)備無論身在何處都可以連接互聯(lián)網(wǎng)。

第一批設(shè)備用于瑣碎的應(yīng)用，例如無線溫度計或濕度傳感器——有趣的小玩意而不是實用的產(chǎn)品。由于用途有限且市場極小，這些看似低風險的設(shè)備幾乎沒有采取任何安全措施。但是，隨著微控制器變得更加先進，這些簡單的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開始做更多的事情，并最終可以用于流式傳輸視頻和音頻。盡管這些設(shè)備變得越來越先進，但安全性嚴重缺乏，許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不使用密碼，使用不安全的連接，甚至存儲未加密的私人數(shù)據(jù)。

快進到 2022 年：全球數(shù)十億臺設(shè)備可能容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，黑客經(jīng)常將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備作為目標，以獲取其私人數(shù)據(jù)和執(zhí)行拒絕服務(wù)攻擊的能力。用強大的安全措施保護這些設(shè)備從未如此重要。

什么是邊緣計算？

由于第一代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備基于極其簡單且功能有限的微控制器，任何繁重的數(shù)據(jù)處理都必須在服務(wù)器上遠程完成（即云計算）。雖然從能源角度來看這是有利的，但它也帶來了一些重大挑戰(zhàn)：提交數(shù)據(jù)和接收響應(yīng)之間的延遲，以及潛在的私人數(shù)據(jù)必須在可能被攔截的互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)氖聦崱?/p>

然而，對于邊緣計算，部分或大部分繁重的計算是在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備本地計算機上完成的。這樣的系統(tǒng)不僅可以減少延遲，還可以最大限度地降低與通過遠程網(wǎng)絡(luò)發(fā)送私人數(shù)據(jù)相關(guān)的風險。邊緣計算甚至可以用于預(yù)處理數(shù)據(jù)（例如，攝像機饋送），以便發(fā)送到遠程連接的任何數(shù)據(jù)都將隱藏或刪除私人信息。

設(shè)備是如何被攻擊的？

即使使用邊緣計算，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍然容易受到范圍廣泛的攻擊，工程師必須了解這些攻擊方法才能防御它們。

數(shù)據(jù)漏洞

要理解的最重要的概念是數(shù)據(jù)的三種狀態(tài)：存儲中、傳輸中和處理中。在所有這三種狀態(tài)下，數(shù)據(jù)都容易受到攻擊，但在這些狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換期間，數(shù)據(jù)尤其容易受到攻擊。例如，可以訪問存儲在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，可以查看在中央處理器 (CPU) 和內(nèi)存之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，還可以通過邊信道攻擊訪問 CPU 內(nèi)部的數(shù)據(jù)。

協(xié)議執(zhí)行不力

糟糕的協(xié)議實施通常是一個令人擔憂的問題。例如，雖然 OpenSSL 背后的理論完全足以保護數(shù)據(jù)，但它的實施揭示了一個名為 Heartbleed 的主要錯誤，該錯誤允許緩沖區(qū)溢出攻擊返回服務(wù)器內(nèi)存中的私有數(shù)據(jù)。

暴露的編程端口

市場上的許多設(shè)備在制造過程中都需要一個用于閃存程序只讀存儲器的編程端口，但黑客可以訪問該端口以訪問主微控制器（圖 1）。從那里，可以轉(zhuǎn)儲程序內(nèi)存、竊取 IP 并獲取密鑰。

操作系統(tǒng)使用不當

一些設(shè)備使用能夠運行 Linux 等操作系統(tǒng)的復雜安全運營中心。雖然這允許設(shè)計人員創(chuàng)建復雜的應(yīng)用程序，但這些操作系統(tǒng)可能會暴露默認情況下未關(guān)閉的端口，使用眾所周知的根密碼，集成不需要但包含錯誤的軟件包，并且不會保持最新狀態(tài)。

缺乏設(shè)備認證

需要使用遠程服務(wù)器進行數(shù)據(jù)存儲和通信的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計很少包含證書系統(tǒng)來驗證物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。任何偽裝成真實物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的設(shè)備都可能訪問物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。更糟糕的是，設(shè)備可能會被內(nèi)置惡意軟件克隆并感染遠程服務(wù)器。

如何保護設(shè)備？

不幸的是，由于存在如此多的攻擊媒介，因此不存在保護設(shè)備的萬能解決方案。但是，常識和硬件安全措施的使用可以顯著提高設(shè)備的安全性。

第一道防線是盡可能使用加密，因為沒有密鑰就無法讀取加密數(shù)據(jù)。加密可以應(yīng)用于內(nèi)存、系統(tǒng)組件之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以及通過 Internet 發(fā)送的數(shù)據(jù)。第二道防線是使用強大的安全算法和例行程序（例如，真正的隨機數(shù)生成器和加密算法），這些算法和程序的實現(xiàn)不會很差。

當然，這兩種防御方法都要求加密密鑰不受黑客攻擊，并且算法是不可變的。幸運的是，硬件安全協(xié)處理器的存在就是為了這個目的，恩智浦的 EdgeLock SE050就是此類設(shè)備的一個很好的例子。該協(xié)處理器集成真隨機數(shù)生成，依賴AES、RSA、DES等多種加密算法，可用于存儲密鑰，支持可信平臺模塊能力（圖2）。

圖 2：EdgeLock SE050 提供多層攻擊保護。（來源：恩智浦數(shù)據(jù)表）

結(jié)論

隨著針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)攻擊不斷增加，使用強大的安全實踐來保護這些設(shè)備的需求變得前所未有的重要。軟件安全措施只能到此為止，如果不保持更新，嘗試使用軟件實施進行加密可能會導致災(zāi)難。NXP EdgeLock SE050 等硬件安全解決方案是保護設(shè)備安全的理想選擇。

審核編輯黃昊宇