嵌入式設計的安全性考慮事項

隨著越來越多的嵌入式設備接入網(wǎng)絡并成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分，網(wǎng)絡黑客們開始利用這些連接，以達到自己不可告人的目的。因此，嵌入式設備必須提高安全性，以防止黑客復制IP、盜竊數(shù)據(jù)或侵入系統(tǒng)，可是對于嵌入式工程師來說，安全是又一個極其復雜的主題，在為嵌入式微控制器設計系統(tǒng)時，很難把握到底需要怎樣的保護力度。

為了簡化安全性這一討論話題，我們從三個方面進行探討。在圖1中，嵌入式設備A需要與遠程設備B通信。此時，需要考慮的三個安全因素：(1)設備完整性 – 安全訪問設備A;(2)通過身份驗證建立與遠程設備B的信任關系;(3)建立信任關系后，通過數(shù)據(jù)加密保障兩個設備之間的信息傳送安全。

* 設備完整性是指如何防止嵌入式設備上的代碼(或IP)和數(shù)據(jù)受到未授權的訪問(如遠程軟件攻擊、通過已建立的用戶接口獲得訪問權限或?qū)ο到y(tǒng)硬件進行物理/探測攻擊)?？梢酝ㄟ^多種方式防范這些攻擊，但各個方法的成本和復雜性也各不相同。

* 在設備之間建立信任關系是指一個或兩個設備間相互驗證真?zhèn)?，以確保不會將數(shù)據(jù)發(fā)送至冒名頂替的設備，或從這樣的設備接收數(shù)據(jù)。建議信任關系的常用方法是非對稱密鑰加密。此方法使用一對密鑰(一個私人密鑰和一個公共密鑰)來建立信任關系。私人密鑰用于加密而公共密鑰用于解密。非對稱密鑰加密的常用算法為RSA和ECC。

* 建立信任關系之后，如果從設備A向設備B傳輸數(shù)據(jù)，對稱加密算法將對其進行保護。對稱加密使用相同密鑰進行加密和解密。(此方法的速度比非對稱加密快，這也是并非所有通信都使用非對稱加密的原因)。該算法目前的加密標準為AES(高級加密標準)。這是一種使用相同長度的密鑰對128、192或256位數(shù)據(jù)塊進行加密的對稱密鑰塊加密標準。

雖然任何加密算法在長時間攻擊下都可能被破 解，但即使使用現(xiàn)代超級計算機進行蠻力攻擊(指嘗試每一種密鑰組合：2128或3.4 x 103種)，破 解AES-128密鑰塊加密可能需要花費一百萬年時間，而AES-256加密算法更有2256或1.1 x 1077個組合。由此，AES-128或AES-256都適用于防止蠻力攻擊。但是通常來說，AES-128更佳，因為其計算效率比AES-256要高40%。這么看來，蠻力破 解AES的可能性幾乎微乎其微。因此，黑客們將主要精力花在提取AES密鑰上。如果未能安全地保護AES密鑰，那么無論算法多么安全都沒有用。這就好像是用一個六英寸厚的鋼門保護您的家，卻將鑰匙留在門墊下面。