新聞總是樂(lè)于報(bào)道安全系統(tǒng)遭到攻擊的事件：操作系統(tǒng)漏洞、非法入侵政府網(wǎng)絡(luò),、筆記本電腦的*帳戶(hù)信息被竊等等。安全性不僅僅涉及到筆記本電腦和服務(wù)器,，嵌入式領(lǐng)域也越來(lái)越關(guān)注安全性問(wèn)題,，例如交通燈,、家庭安全系統(tǒng)、煙霧探測(cè)器,、ATM,、收銀機(jī)等，由此看來(lái),，風(fēng)險(xiǎn)無(wú)處不在,。
嵌入式系統(tǒng)需要安全保護(hù)的原因有多種，某些應(yīng)用中,，政府部門(mén)需要對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),，例如：病歷、*信息等,。有時(shí)還會(huì)對(duì)銷(xiāo)售流程進(jìn)行安全保護(hù),，例如，公司可能以低于成本價(jià)出售打印機(jī),，通過(guò)打印機(jī)耗材的高利潤(rùn)進(jìn)行補(bǔ)償,。利用安全技術(shù)可以鑒別耗材的真?zhèn)危苊馐褂玫谌降募倜爱a(chǎn)品,。某些情況下,，安全技術(shù)被用來(lái)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，嵌入式設(shè)備中可能包含極具創(chuàng)新的算法,，制成成品后,，為了保護(hù)來(lái)之不易的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，需要增加安全性,，以防止盜版,。
安全性設(shè)計(jì)是一個(gè)折中的過(guò)程一理想的安全產(chǎn)品設(shè)計(jì)將耗資無(wú)限，而不具備安全保護(hù)的設(shè)計(jì)則不需要任何安全功能的花費(fèi),。每種特定應(yīng)用都必須確定所要求的安全等級(jí),，具體了解安全系統(tǒng)需要保護(hù)什么?加密安全嗎?
選擇合適的加密工具對(duì)于通訊架構(gòu)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，應(yīng)選擇公共算法,，應(yīng)用較為普遍的算法包括：DES,、RSA或DSA。許多人認(rèn)為選擇一個(gè)模糊的私有算法會(huì)更安全,，實(shí)際情況并非如此,，公開(kāi)算法已經(jīng)經(jīng)過(guò)學(xué)術(shù)界、政府機(jī)構(gòu)和業(yè)內(nèi)專(zhuān)家的*估,。私有算法看起來(lái)安全,，而且也經(jīng)過(guò)一位收取一定費(fèi)用的專(zhuān)家的*審，但是，如何保證事物背后的安全性,，如何保證*審人員的可信度?另外,，私有算法還可能需要支付許可權(quán)費(fèi)用、版權(quán)費(fèi)用等,，限制今后的選擇權(quán),。
盡管加密技術(shù)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的安全性來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，但這只是一個(gè)方面,。假設(shè)現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景中,，兩個(gè)人通過(guò)相互傳遞編碼信息進(jìn)行交流。攻擊者可能竊取此信息,，如果信息編碼所采用的加密技術(shù)可靠,，這種攻擊將是無(wú)效的。有膽量的攻擊者可能會(huì)直接對(duì)人進(jìn)行攻擊,。與破解加密信息相比,，強(qiáng)迫參與者泄漏通訊密碼會(huì)更加容易。
這個(gè)例子對(duì)于嵌入式應(yīng)用非常形象,，例如ATM與銀行之間的加密通信,。試圖破譯傳輸線(xiàn)上的加密PIN數(shù)據(jù)幾乎是不可能的，有些攻擊者可能認(rèn)為攻擊ATM機(jī)更有效,。攻擊者可能會(huì)在夜深人靜時(shí)打開(kāi)ATM,。在一系列攻擊后獲取ATM與銀行通信的密鑰。然后,，攻擊者將ATM恢復(fù)原位后離開(kāi),。這種情況下，對(duì)傳輸線(xiàn)的監(jiān)測(cè)使攻擊人員獲取了密鑰,，可以解密所有帳號(hào)和PIN數(shù)據(jù),。
值得慶幸的是，目前的ATM具備強(qiáng)大的物理層和邏輯安全技術(shù)的保護(hù),。當(dāng)然,，上述例子也提出了以下幾個(gè)安全性問(wèn)題：
·加密技術(shù)只提供一層保護(hù)，不能完全阻止攻擊者的行為,。
·貯存在ATM機(jī)中最有價(jià)值的東西是密鑰,，而非賬號(hào)、PIN數(shù)據(jù)或現(xiàn)金,。
·一個(gè)安全的嵌入式設(shè)備必須在遭受攻擊時(shí)有所反應(yīng),，擦除有價(jià)值的密鑰。
對(duì)嵌入式系統(tǒng)的攻擊
攻擊者通過(guò)什么途徑得到ATM的密鑰呢?
攻擊著可能從最簡(jiǎn)單的操作開(kāi)始,，假如密鑰存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器,，攻擊者只需簡(jiǎn)單地訪(fǎng)問(wèn)地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)竊取密鑰,。即使密鑰沒(méi)有連續(xù)存放在存儲(chǔ)器內(nèi)，攻擊者仍然可以破解外部代碼,，確定哪個(gè)存儲(chǔ)器包含有密碼,。引導(dǎo)裝入、調(diào)試和測(cè)量狀態(tài)下都是遭受簡(jiǎn)單攻擊的薄弱環(huán)節(jié),。這些工作狀態(tài)通常允許對(duì)微處理器內(nèi)存和寄存器讀/寫(xiě)操作。即使這些狀態(tài)的文件不公開(kāi),，對(duì)于有著廣泛社交經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)說(shuō),，通過(guò)微處理器廠(chǎng)商的雇員來(lái)獲取這些信息也是輕而易舉的事情。
嘗試了簡(jiǎn)單的攻擊手段后,，如果沒(méi)有達(dá)到目的的話(huà),，攻擊者還會(huì)采取更為詭異的手段。從簡(jiǎn)單的時(shí)序和功率分析中觀(guān)察加密操作的時(shí)序和功率消耗,。對(duì)于設(shè)計(jì)不理想的加密過(guò)程可能會(huì)在處理密鑰1時(shí)比處理0時(shí)消耗更多的時(shí)間和功率,，這為攻擊者提供了足夠的信息，使其推算出密鑰,。如果這種簡(jiǎn)單的分析手段不起作用,，攻擊者便會(huì)使用差分能量分析(DPA)技術(shù)。差分能量分析是一種統(tǒng)計(jì)攻擊方法,，通過(guò)采集上千次運(yùn)行時(shí)的能量損耗數(shù)據(jù),，最終，從功率脈沖信號(hào)中獲取密碼,。雖然這種方法耗時(shí),，但可以自動(dòng)操作。此外,，攻擊者還可能采用故障注入攻擊,，使微處理器運(yùn)行在工作范圍以外的條件下，從而產(chǎn)生故障信息,，導(dǎo)致密碼泄漏,。攻擊者也可能試圖拆除微處理器的塑料封裝，用微探針?lè)治雒艽a數(shù)據(jù),。內(nèi)存具有規(guī)則的結(jié)構(gòu),，很容易在硅片中識(shí)別出來(lái)，利用微探針設(shè)備可以很容易地對(duì)此操作,。
面對(duì)上述種種攻擊,，工程師必須采取適當(dāng)?shù)拇胧榍度胧较到y(tǒng)提供有效防護(hù)。
防攻擊措施
在高安全性應(yīng)用中需要具有唯一的質(zhì)詢(xún),，單一品牌的處理器,。安全微處理器,，例如DallasSemiconductor的DS5250，能夠滿(mǎn)足最高安全級(jí)別的設(shè)計(jì)需求,。
優(yōu)秀的安全處理器非常注重密鑰保護(hù),，使用非易失電池備份SRAM儲(chǔ)存敏感信息。這種SRAM應(yīng)該采用定制的可歸零或瞬間擦除的存儲(chǔ)器,，一旦檢測(cè)到篡改操作時(shí)即刻擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容,。利用連續(xù)工作的傳感器或有電池供電的時(shí)鐘檢測(cè)篡改事件(例如溫度攻擊、電壓攻擊或微探針攻擊),。這種安全監(jiān)測(cè)可以確保攻擊者利用外部時(shí)鐘控制時(shí)無(wú)法阻止清零過(guò)程,。使用片上存儲(chǔ)器，攻擊者無(wú)法竊取器件內(nèi)部傳輸?shù)拿荑€,。另外,，假如對(duì)器件實(shí)施物理攻擊，密鑰會(huì)被立刻擦除,。
為了確保攻擊者無(wú)法控制內(nèi)存總線(xiàn),、插入可能竊取密鑰的指令，安全處理器對(duì)外部存儲(chǔ)器總線(xiàn)進(jìn)行加密,，并對(duì)程序存儲(chǔ)器提供完整性監(jiān)測(cè),，密鑰隨機(jī)產(chǎn)生，每個(gè)器件不同,，這種加密方法確保攻擊者無(wú)法復(fù)制或竊取產(chǎn)品設(shè)計(jì),，提供有效的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。假如攻擊者試圖插入隨機(jī)指令,，完整性檢查就會(huì)報(bào)告檢測(cè)錯(cuò)誤,，認(rèn)為偵測(cè)到篡改事件。
安全處理器同樣配備了硬件加密加速器,，可以在納秒級(jí)(而不是毫秒級(jí))時(shí)間內(nèi)執(zhí)行三DES算法,。另外，硬件加速器設(shè)計(jì)運(yùn)行在固定數(shù)量的時(shí)鐘周期,，不管密鑰內(nèi)容如何,，都會(huì)消耗同樣的能量。隨機(jī)數(shù)生成器也能夠把一系列虛假的執(zhí)行周期添加到加密算法的頭部和尾部,，禁止功率時(shí)序分析,。
結(jié)語(yǔ)
設(shè)計(jì)者必須確定具體應(yīng)用對(duì)安全級(jí)別的要求，一次成功的攻擊會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果,。對(duì)于安全級(jí)別要求較高的嵌入式系統(tǒng)寧可廢除其操作功能,，也不能泄漏密碼，必須對(duì)多種攻擊措施有所考慮,。對(duì)于防攻擊措施要求較高的應(yīng)用,，可以使用DS5250等安全微處理器,，能夠在任何情況下對(duì)加密數(shù)據(jù)提供有效保護(hù)。