物聯網設備面臨的安全威脅分析

訪問控制：物聯網設備對試圖訪問數據資產的所有參與者（人或機器）進行身份驗證。防止在未經授權的情況下訪問數據。防御欺騙和惡意軟件威脅，即攻擊者對固件進行修改或安裝過時的缺陷版本。

安全存儲：物聯網設備維護數據資產的機密性（根據需要）和完整性。防御篡改威脅。

固件真實性：物聯網設備在啟動和升級之前對固件的真實性進行驗證。防御惡意軟件威脅。

通信：物聯網設備對遠程服務器進行身份驗證，提供機密性（根據需要），并維護交換數據的完整性。防御中間人攻擊（MitM）威脅。

安全狀態：即使固件完整性和真實性驗證失敗，仍確保設備保持安全狀態。防御惡意軟件和篡改威脅。

安全需求

在這一方面，分析提供了數據資產、威脅和安全目標的邏輯連接模型。根據這張圖，可以編譯出安全MCU所需的功能或特性列表。當然，這個列表也可以用作特定物聯網設備應用解決方案的實現標準。

生命周期至關重要

請注意，安全目標的要求可能會根據物聯網設備的生命周期階段（設計、制造、庫存、最終使用和終止）而變化，也應予以考慮。

現在可以對這個示例進行分析：

每種數據資產都將具備與其相關聯的安全屬性：

注釋：

1. 在隔離執行環境中理想地以TA形式實現

2. C = 機密性，I = 完整性，A = 真實性

3. SEF = 安全元件功能

4. Dead = 非操作狀態下的安全MCU

選擇正確的MCU

通過分析，以下是MCU所需安全功能的總結：

可信應用的隔離執行環境：雖然前面的分析側重于安全數據資產，但每個物聯網設備也有包含非安全數據資產的非安全任務/應用。MCU應提供一種強大的方法，對非安全處理和安全處理進行隔離。這一概念機場類似：登機區是安全且隔離的。只允許通過身份驗證的個人在安全區域內進行操作（如登機）。MCU必須在非安全和安全的執行環境之間提供強大的、基于硬件的隔離。

安全元件功能：在隔離執行環境中，要存儲數據資產，需要完成進一步的隔離，如對安全性至關重要的加密密鑰。繼續與機場進行類比，每名乘客都持有有效證件。MCU必須為信任根存儲和相關安全服務提供進一步隔離。

加密：首選帶有專用硬件加速器塊和受控訪問的MCU。加速器塊有助于提高性能。加速器塊的訪問控制（隔離）有助于防止未經授權的程序訪問，確保加密密鑰保持在安全的環境中。

數字簽名：數據資產的真實性和完整性可以通過使用數字簽名算法（如ECDSA和RSA）進行評估。MCU固件是數字簽名最常見的用例。MCU應提供基于硬件的散列和簽名支持，以便在加載之前對固件鏡像進行評估。

eFuses：對于保障設計的安全來說，不可變數據資產至關重要。它們通常用作系統行為的參考。典型示例包括生命周期名稱、唯一標識符（UID）、制造商編號以及在物聯網設備的生命周期中持續存在的其他參考。

結論

本文提出了一種分析方法，用于確定安全物聯網設備的需求。通過創建模型，將數據資產、其面臨的威脅以及防御這些威脅的安全目標邏輯連接，可以導出一個需求列表，該列表可以用作解決方案的實現標準。

絕大多數物聯網設備將建立在基于MCU的嵌入式系統上。這種發展機遇將催生出一類新型MCU，它們可提供安全特性和功能，用來維護數據資產的安全屬性。賽普拉斯的PSoC 6安全MCU是此類新型MCU的先驅之一。PSoC 6 MCU架構專為物聯網設備應用而設計，提供了能夠延長電池使用壽命的超低功耗、高效的處理能力，以及可支持安全目標的硬件安全功能：

隔離執行環境：通過采用硬件隔離技術，PSoC 6安全MCU將安全操作與非安全操作隔離開來：

●   可配置保護單元用于隔離內存、加密和外設

●   在Arm Cortex-M4和Cortex-M0+內核之間提供處理器間通信（IPC）通道，為基于API的獨立交互提供支持

●   理想適用于支持物聯網設備安全目標的可信應用

集成安全元件功能：PSoC 6中的硬件隔離技術支持獨立的密鑰存儲和加密操作，除了隔離執行環境以外，還提供安全元件功能。

●   理想適用于安全密鑰存儲

●   支持預安裝信任根，方便使用信任鏈來錨定安全啟動

隔離硬件加速加密操作：包括AES、3DES、RSA、ECC、SHA-256和SHA-512以及真隨機數發生器（TNRG）。

生命周期管理：在發生安全錯誤（如固件散列檢查失敗）時，基于eFuse的生命周期管理功能有助于確保安全行為。

豐富的執行環境	隔離執行環境
Arm Cortex-M4	Arm Cortex-M0+
圖2：PSoC 6安全MCU提供三級隔離

隨著低成本、易于設計且方便使用的無線云連接日益普及，物聯網設備也將實現爆炸性增長。嵌入式系統發送和接收數據的能力是實現智能化的基本推動因素。不幸的是，這種能力也給物聯網設備產生的高價值數據帶來了巨大威脅。數據越有價值，物聯網設備就越需要具備安全功能以為這些數據提供保護。諸如賽普拉斯的PSoC 6 MCU這樣的安全MCU解決了安全物聯網設備的相關需求。