嵌入式是一種專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，作為裝置或設(shè)備的一部分,。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM中的嵌入式處理器控制板,。事實(shí)上,，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表,、微波爐,、錄像機(jī)、汽車(chē)等,，都使用嵌入式系統(tǒng),，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是是由單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)控制邏輯,。如果能在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初考慮廣泛使用的嵌入式系統(tǒng)的安全問(wèn)題,，可減少系統(tǒng)的安全維護(hù)工作。

　　1  綜合實(shí)例

　　嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用普及率極高,。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,，根據(jù)需要對(duì)嵌入式系統(tǒng)重新編程，可避免前端流片（NRE）成本,，減少和ASIC相關(guān)的訂量,，降低芯片多次試制的巨大風(fēng)險(xiǎn)。此外,，隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展或者當(dāng)需求出現(xiàn)變化時(shí),，還可以在現(xiàn)場(chǎng)更新，而且設(shè)計(jì)人員能夠反復(fù)使用公共硬件平臺(tái),，在一個(gè)基本設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,，建立不同的系統(tǒng)，支持各種功能,，從而大大降低生產(chǎn)成本,。使產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的生命周期，可以保護(hù)醫(yī)療儀器不會(huì)太快過(guò)時(shí),，醫(yī)療行業(yè)的產(chǎn)品生命周期比較長(zhǎng),，因此這一特性非常重要。現(xiàn)代數(shù)字醫(yī)療儀器設(shè)備不但包括診療設(shè)備,，而且還有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器和接口軟件,。嵌入式系統(tǒng)可為醫(yī)療儀器設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用提供先進(jìn)的技術(shù)支持。

　　2  原因分析

　?。?）價(jià)格因素,。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單好用，價(jià)格便宜也是嵌入式設(shè)計(jì)追求目標(biāo),。公司在選擇芯片時(shí),，滿足好用夠用就可以了。如果從軟硬件上增加過(guò)多的安全措施,，成本則會(huì)提高,。而簡(jiǎn)約的嵌入式系統(tǒng)上大量使用的4位和8位機(jī),，也不能運(yùn)行過(guò)多的安全任務(wù),。

　　（2）面廣量大,。嵌入式系統(tǒng)在生活,、工作、娛樂(lè),、教育,、軍事等方面大量使用。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)有缺陷,，則影響面非常大,。若有的嵌入式系統(tǒng)被入侵者利用，將會(huì)成為多點(diǎn)攻擊的武器,。

　?。?）電源的限制。許多嵌入式系統(tǒng)都是用電池供電,，如果尋找方法將其電力提前耗盡而又沒(méi)有得到及時(shí)的更換,， 則該系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，很容易造成安全漏洞,，從而為入侵者開(kāi)了方便之門(mén),。

　　（4）開(kāi)發(fā)隊(duì)伍和環(huán)境的制約,。許多嵌入式系統(tǒng)都是小團(tuán)隊(duì)做的,。由于缺少安全方面的專(zhuān)家及經(jīng)費(fèi)短缺，設(shè)計(jì)中對(duì)安全問(wèn)題考慮不足,。而用戶往往也只追求嵌入式產(chǎn)品的小巧精致,，方便好用即可。

　　3  安全分析方法

　　有二種安全性分析技術(shù)：故障模型及后果分析（Failure Mode and Effect Analysis,，F(xiàn)MEA）和故障樹(shù)分析（Failure Tree Analysis,，F(xiàn)TA）。安全性分析是對(duì)因果關(guān)系的探討,，“因”即引起安全問(wèn)題的原因,，而“果”就是潛在的危害,。

　　3.1 FMEA和嵌入式應(yīng)用實(shí)例

　　FMEA是一種可靠性設(shè)計(jì)的重要方法。它實(shí)際上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影響分析）的組合,。它對(duì)各種可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),、分析，以便在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上消除這些風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑦@些風(fēng)險(xiǎn)減小到可接受的水平,。

　　圖1為一個(gè)較為典型的FMEA分析技術(shù),。

　　3.2 FTA及其嵌入式應(yīng)用實(shí)例

　　FTA也是一種用來(lái)分析安全性和可靠性問(wèn)題的技術(shù)。FTA與FMEA分析方法不同,。FTA從所有可能的事件開(kāi)始,，并圍繞事件的結(jié)果做工作。FTA是用圖示的方法直接從已確定安全事件（處于樹(shù)的頂層）開(kāi)始,，反向找出問(wèn)題發(fā)生的原因,。設(shè)計(jì)FMEA（也記為d-FMEA）應(yīng)在一個(gè)設(shè)計(jì)概念形成之時(shí)或之前開(kāi)始，并且在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各階段中,，當(dāng)設(shè)計(jì)有變化或得到其他信息時(shí)及時(shí)不斷地修改,，并在圖樣加工完成之前結(jié)束。其評(píng)價(jià)與分析的對(duì)象是最終的產(chǎn)品以及每個(gè)與之相關(guān)的系統(tǒng),、子系統(tǒng)和零部件,，圖2是應(yīng)用FTA分析嵌入式產(chǎn)品安全問(wèn)題的一個(gè)簡(jiǎn)單示例。

　　4  嵌入式系統(tǒng)安全問(wèn)題解法方案

　　網(wǎng)絡(luò)安全是使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件,、軟件及數(shù)據(jù)受到保護(hù),，避免因意外或惡意的操作而遭到破壞、更改,、泄露,，從而保證系統(tǒng)連續(xù)、可靠,、正常地運(yùn)行,，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不中斷。三個(gè)基本的網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)是：數(shù)據(jù)加密,、內(nèi)容完整性和授權(quán),。

　　4.1 嵌入式系統(tǒng)安全的三個(gè)層次

　　嵌入式系統(tǒng)安全要綜合考慮物理層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層三個(gè)方面,。

　?。?）物理層。嵌入式系統(tǒng)物理層的安全問(wèn)題比較容易解決,。就系統(tǒng)本身而言,，根據(jù)系統(tǒng)的工作環(huán)境，在設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)要求時(shí)選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的器件，進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)和施工就可以了,。但從整個(gè)行業(yè)規(guī)范來(lái)看,，由于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的脆弱性，致使電子通信的可靠性下降,，而市場(chǎng)對(duì)安全信任的需求又越來(lái)越迫切,，促使一些大型IT公司決定共同解決這個(gè)課題。為了建立工業(yè)規(guī)范并實(shí)現(xiàn)值得信任的計(jì)算方案,，在1999年建立了“值得信任的計(jì)算平臺(tái)聯(lián)盟”（Trusted Computer Platform Association,，TCPA）。其目標(biāo)就是使信息和通信制造符合標(biāo)準(zhǔn),，在系統(tǒng),、子系統(tǒng)和部件中實(shí)現(xiàn)值得信任的計(jì)算規(guī)范。目前,，TCPA有160多個(gè)成員,，其中就有很多的生產(chǎn)硬件的企業(yè)。

　?。?）平臺(tái)層。據(jù)統(tǒng)計(jì),，現(xiàn)有嵌入式產(chǎn)品中,，4位機(jī)沒(méi)有使用操作系統(tǒng)的實(shí)例，8位機(jī)約有30%使用了操作系統(tǒng),，而16位機(jī)以上的嵌入式產(chǎn)品帶有操作系統(tǒng)的占了70%以上,。嵌入式操作系統(tǒng)的規(guī)模一般都比較小，不少產(chǎn)品開(kāi)放了源碼,，使得操作系統(tǒng)本身幾乎是透明的,，不會(huì)存在“后門(mén)”的情況。但由于嵌入式操作系統(tǒng)受到系統(tǒng)規(guī)模的限制,，不可能像Windows XP SP2那樣使用過(guò)多的安全措施,。其主要作用還是隔離硬件層，便于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和維護(hù),。

　?。?）應(yīng)用層。傳統(tǒng)的保證數(shù)據(jù)安全的方法是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸,。不少嵌入式處理器處理數(shù)據(jù)的能力不高,，浮點(diǎn)運(yùn)算能力不強(qiáng)，若要提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)加解密運(yùn)算,，處理器的速度往往不能勝任,。根據(jù)系統(tǒng)要求，優(yōu)先選擇開(kāi)銷(xiāo)小的安全協(xié)議和算法，或者由硬件來(lái)實(shí)施加解密算法,。

　　4.2 安全防御技術(shù)

　　網(wǎng)絡(luò)安全防御技術(shù)可分為主動(dòng)防御技術(shù)和被動(dòng)防御技木,。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)指致力于解決諸如如何有效進(jìn)行介入控制，以及何如保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘募夹g(shù)手段,，主要包括物理安全分析技術(shù),，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全分析技術(shù)，系統(tǒng)安全分析技術(shù),，管理安全分析技術(shù),，及其它的安全服務(wù)和安全機(jī)制策略。

　?。?）主動(dòng)防御技術(shù)

　　主動(dòng)防御技術(shù)一般有數(shù)據(jù)加密,、身份驗(yàn)證、存取控制,、授權(quán)和虛擬網(wǎng)絡(luò)等技木,。下面介紹二種能在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)施的、較新的安全技術(shù),。

　?、偬摂M網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Virtual Private Network，VPN）

　　虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network ,，簡(jiǎn)稱(chēng)VPN）指的是在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的技術(shù),。其之所以稱(chēng)為虛擬網(wǎng)，主要是因?yàn)檎麄€(gè)VPN網(wǎng)絡(luò)的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接并沒(méi)有傳統(tǒng)專(zhuān)網(wǎng)所需的端到端的物理鏈路,，而是架構(gòu)在公用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商所提供的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),，如Internet、ATM（異步傳輸模式〉,、Frame Relay （幀中繼）等之上的邏輯網(wǎng)絡(luò),，用戶數(shù)據(jù)在邏輯鏈路中傳輸。它涵蓋了跨共享網(wǎng)絡(luò)或公共網(wǎng)絡(luò)的封裝,、加密和身份驗(yàn)證鏈接的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展,。VPN主要采用了彩隧道技術(shù)、加解密技術(shù),、密鑰管理技術(shù)和使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù),。

　　②蜜罐技術(shù)（Honeypot）和蜜網(wǎng)技術(shù)（Honeynet）

　　蜜罐是一個(gè)包含漏洞的誘騙系統(tǒng),，它是專(zhuān)門(mén)為吸引并“誘騙”那些試圖非法闖入他人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人設(shè)計(jì)的,。它通過(guò)模擬一個(gè)或多個(gè)易受攻擊的主機(jī)，給攻擊者提供一個(gè)容易受攻擊的目標(biāo),。經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)展,，蜜罐技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為誘騙攻擊者的一種非常有效而實(shí)用的方法,，其應(yīng)用集中在對(duì)外部威脅的識(shí)別。蜜罐技術(shù)與防火墻技術(shù),、入侵檢測(cè)技術(shù),、病毒防護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證技術(shù)有很大不同,，后者是在攻擊者對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行被動(dòng)的防護(hù),，而蜜罐技術(shù)可以采取主動(dòng)的方式。

　　蜜網(wǎng)（其自由組織網(wǎng)址是http：//www.honeynet.org）可以說(shuō)是更安全,、更強(qiáng)大的蜜罐,，它由很多網(wǎng)絡(luò)上“蜜罐”的“陷阱”構(gòu)成，它以更合理的方式記錄下黑客的行動(dòng),，同時(shí)盡量減少可能對(duì)其他系統(tǒng)造成的危害,。成功的案例表明，蜜網(wǎng)誘使許多黑客白白浪費(fèi)了大量精力,。

　?。?）被動(dòng)防御技術(shù)

　　目前，被動(dòng)防御技術(shù)有防火墻技術(shù),、安全掃描器,、密碼檢查器、記賬服務(wù),、路由過(guò)濾等,。

　　①防火墻（Firewall）技術(shù)

　　防火墻是內(nèi)部網(wǎng)與外網(wǎng)之間實(shí)施安全防范的系統(tǒng),，可被認(rèn)為是一種訪問(wèn)控制機(jī)制，用于確定哪些內(nèi)部服務(wù)允許外部訪問(wèn),，以及哪些外部服務(wù)允許內(nèi)部訪問(wèn),。根據(jù)不同的配置，防火墻可以分為：數(shù)據(jù)包過(guò)濾防火墻,、代理服務(wù)型防火墻,、監(jiān)測(cè)型防火墻、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換型防火墻,。防火墻技術(shù)是目前用得較多的安全技術(shù),。防火墻大多放在網(wǎng)關(guān)上，因此在上網(wǎng)的嵌入式設(shè)備上使用非常方便,，效果也較好,。

　　②安全檢測(cè)（Security Detection）

　　安全檢測(cè)功能可自動(dòng)檢測(cè)遠(yuǎn)程或本地主機(jī)安全性,，用于觀察網(wǎng)絡(luò)是否在正常工作,，收集主機(jī)的信息,，并提出安全建議。大型操作系統(tǒng)一般都有此功能,，當(dāng)然也可在應(yīng)用級(jí)設(shè)計(jì)安全掃描程序,。另外當(dāng)系統(tǒng)遭受攻擊時(shí)，系統(tǒng)還可以對(duì)攻擊進(jìn)行檢測(cè),，識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)攻擊行為,，并讓系統(tǒng)采取相應(yīng)的對(duì)策。安全任務(wù)既可以由嵌入式設(shè)備自身實(shí)施,，也可以由上位機(jī)實(shí)現(xiàn),。

　　③服務(wù)登記（Service Log）

　　在系統(tǒng)中保留一個(gè)日志文件,，與安全相關(guān)的事件可以記錄在日志文件中備查和分析,，用以追查有關(guān)責(zé)任者，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)安全的弱點(diǎn)和可入侵點(diǎn),。嵌入式系統(tǒng)可以將工作日志記錄在其服務(wù)器,。顯然這項(xiàng)功能會(huì)加重處理器和數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，所以記錄的項(xiàng)目不宜太多太細(xì),。

　?、軘?shù)據(jù)備份（Data Backup）

　　將系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)和過(guò)程實(shí)時(shí)記錄下來(lái)，以便系統(tǒng)遭受損壞后盡快恢復(fù),。嵌入式系統(tǒng)由于資源受限,，往往不可能對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行本機(jī)備份，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異地備份,。

　　綜合以上的安全因素和防御方法可以看出,，各種方法各有其特點(diǎn)，使用時(shí)要根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別,、系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和系統(tǒng)造價(jià)進(jìn)行綜合考慮,。對(duì)大量使用的、性能一般的嵌入式微處理系統(tǒng),，防火墻和IPSec技術(shù)具有配置靈活,、性價(jià)比較高等特點(diǎn)，是容易采用且較為成熟的技術(shù),。

　　5  結(jié)束語(yǔ)

　　由于嵌入系統(tǒng)安全問(wèn)題的復(fù)雜性,，決定了必須采用軟件工程方法來(lái)分析。對(duì)系統(tǒng)防御也必須綜合實(shí)施,，沒(méi)有一個(gè)萬(wàn)全之策,。目前嵌入式方面的安全研究工作國(guó)內(nèi)還做得不多，因此還需要投入大量的研究,。