全副武裝的物聯(lián)網(wǎng)安全，從安全閃存到 MCU 再到云端的全鏈路設(shè)計(jì)
IoT Security
全副武裝的物聯(lián)網(wǎng)安全
從安全閃存到MCU再到云端的全鏈路設(shè)計(jì)
來(lái)源：電子發(fā)燒友網(wǎng) 作者：黃晶晶
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全解決方案
在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的早期，由于安全并非設(shè)計(jì)過(guò)程中被優(yōu)先考慮的因素，不具備安全特性的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備比比皆是，約占96%以上。然而近兩年，我們看到不少芯片廠商開(kāi)始推出基于物聯(lián)網(wǎng)安全的芯片級(jí)解決方案。華邦電子作為一家存儲(chǔ)芯片廠商，意識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)的存儲(chǔ)安全的重要性，推出了安全閃存產(chǎn)品。近日，華邦與新唐、青蓮云共同推出了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全解決方案。
華邦電子外掛式安全閃存應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全
近日，華邦電子安全解決方案行銷處處長(zhǎng)陳宏瑋接受包括電子發(fā)燒友網(wǎng)在內(nèi)的少數(shù)媒體采訪時(shí)指出設(shè)計(jì)安全閃存的初衷，是因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)SoC和MCU使用的外掛閃存不具備任何安全功能。在很多遠(yuǎn)程攻擊的案例當(dāng)中，黑客攻擊的是存放在閃存里面的固件。又由于SoC、MCU的設(shè)計(jì)采用比較先進(jìn)的工藝制程，便不會(huì)用嵌入式閃存，一是工藝原因，二是成本相對(duì)較高。那么，要確保本來(lái)放在嵌入式閃存里面的重要資料或者固件安全，就必須仰賴外掛閃存的安全性。
華邦使用的外掛式閃存，也就是使用的NOR 閃存制程的做法，成本有優(yōu)勢(shì)，并且在容量上比較有彈性，提供不同的容量去滿足不同的應(yīng)用。
陳宏瑋分析，常見(jiàn)的IoT的攻擊，原則上都是可擴(kuò)展攻擊，大多數(shù)是遠(yuǎn)程攻擊，即remote attack。另一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)安全的重要特點(diǎn)即是，平臺(tái)分位恢復(fù)力（Resilience），包括防止攻擊、偵測(cè)攻擊以及如何從攻擊中復(fù)原。華邦將這三個(gè)因素融入到了W77Q安全閃存的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。
W77Q和標(biāo)準(zhǔn)型的SPI NOR flash相比，在pin to pin兼容的基礎(chǔ)上，增加了一些標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品不具備的安全功能，用來(lái)強(qiáng)化flash本身的安全性。例如系統(tǒng)恢復(fù)力，也就是保護(hù)、偵測(cè)、復(fù)原？筛，同時(shí)可以提供安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。另外就是安全的OTA固件更新，這也是此次華邦與新唐以及青蓮云合作的完整解決方案的一個(gè)重要應(yīng)用。還有，W77Q也提供安全的SPI接口，同時(shí)也可以保護(hù)存儲(chǔ)在閃存的內(nèi)容，并可以實(shí)現(xiàn)反克隆。
目前，華邦W77Q目前獲得多個(gè)認(rèn)證，包括CC EAL2，IEC62443，SESIP，Arm PSA，以及規(guī)劃車用安全的相關(guān)認(rèn)證。
新唐MCU強(qiáng)化安全認(rèn)證，M2351SF搭載華邦W77Q安全閃存
新唐科技MCU開(kāi)發(fā)與應(yīng)用事業(yè)群資深技術(shù)經(jīng)理凌立民介紹說(shuō)，NuMicroM235x系列基于Arm Cortex-M23的內(nèi)核，目前為止主要發(fā)展了三個(gè)子系列，第一個(gè)是M2351，也伴隨M261、M262、M263，統(tǒng)稱為M26x。這個(gè)系列提供512Kb的閃存，96Kb的內(nèi)存。M2351平臺(tái)獲得了Arm的PSA認(rèn)證，包括Level1、Level2以及Functional API。此系列是新唐第一款應(yīng)用于IoT安全的解決方案，其中M2351和M26x的差別在于有沒(méi)有enable TrustZone。新唐與青蓮云合作的產(chǎn)品，是基于有TrustZone功能的M2351平臺(tái)。
第二個(gè)是M2351SF系列。因?yàn)橛辛薓2351安全認(rèn)證的保證，所以新唐更加有信心來(lái)推出M2351SF。M2351SF的最主要特點(diǎn)是，因其搭載了華邦W77Q安全閃存，所以可提供更多的閃存擴(kuò)充彈性，容量包括512Kb，2M，4M。
新唐基于M2351與華邦W77Q合封的M2351SF系列，也有這個(gè)資格可以獲得Common Criteria認(rèn)證。目前看來(lái)，若對(duì)M2351SF進(jìn)行安全認(rèn)證，估計(jì)可以通過(guò)CC EAL 2+認(rèn)證，甚至有機(jī)會(huì)到CC EAL3。
凌立民指出，安全認(rèn)證可以借鑒傳統(tǒng)的安全級(jí)別的分類，從而使業(yè)界知道，原來(lái)在傳統(tǒng)的，像智能卡、公交卡或者護(hù)照這些傳統(tǒng)安全等級(jí)分類之下，即使要部署IoT應(yīng)用的領(lǐng)域，同樣可以找到相對(duì)應(yīng)安全級(jí)別的MCU產(chǎn)品，Secure Flash的等品可以拿到通過(guò)安全認(rèn)證的產(chǎn)品用來(lái)發(fā)展IoT的終端裝置。否則使用傳統(tǒng)的智能卡或是護(hù)照芯片，用來(lái)發(fā)展IoT的裝置，資源是非常不足的。
M2354系列是新唐在今年不久前才發(fā)布的全新系列；谥暗腗2351，M2354系列更進(jìn)一步地發(fā)展出對(duì)于硬件密碼算法器旁通道攻擊的防護(hù)。估計(jì)M2354系列可以通過(guò)PSA的認(rèn)證級(jí)別3，相當(dāng)于CC EAL3。
青蓮云提供可信執(zhí)行環(huán)境，并在云端為OTA固件更新安全護(hù)航
在此次三方合作中，華邦提供安全閃存，新唐提供安全認(rèn)證的MCU，青蓮云則提供物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可信執(zhí)行環(huán)境。
在我們的手機(jī)上，因?yàn)榇嬖诳尚艌?zhí)行環(huán)境系統(tǒng)，它運(yùn)行在CPU硬件的一個(gè)安全區(qū)的環(huán)境內(nèi)，手機(jī)上的人臉、指紋信息存儲(chǔ)在手機(jī)硬件的安全區(qū)，所以，即使黑客攻破了非安全區(qū)的操作系統(tǒng)，也不能拿到安全區(qū)的隱私數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同樣需要這樣的可信執(zhí)行環(huán)境。
青蓮云聯(lián)合創(chuàng)始人王科巖表示，早在2018年，新唐推出M2351系列，青蓮云和新唐合作了搭載可信執(zhí)行環(huán)境的一款產(chǎn)品，用以解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上的隱私數(shù)據(jù)、敏感信息，商業(yè)的保密算法等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。另外還包括了系統(tǒng)的安全啟動(dòng)，以及提供加解密引擎的功能。
具體來(lái)說(shuō)，利用Arm的TrustZone隔離技術(shù)，將MCU在硬件層分成了安全區(qū)和非安全區(qū)，青蓮云的TinyTEE把敏感信息、商業(yè)保密算法存儲(chǔ)在安全區(qū)，這樣即使黑客攻擊了設(shè)備硬件，拿到了非安全區(qū)的操作權(quán)限，能夠讀取非安全區(qū)的內(nèi)存，看到操作系統(tǒng)的任務(wù)切換等行為，但是因?yàn)橛布綦x的原因，黑客無(wú)法拿到安全區(qū)的數(shù)據(jù)。這樣就可以保障敏感信息或者安全數(shù)據(jù)的安全。目前，青蓮云陸續(xù)地適配了一系列的MCU，包括新唐、恩智浦、意法半導(dǎo)體等等。
可信執(zhí)行環(huán)境的特點(diǎn)在于，它是底層的分區(qū)隔離，基于TrustZone硬件隔離的技術(shù)。支持靈活的flash擴(kuò)展，如支持華邦W77Q的外掛flash，在外掛flash中可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)以及安全算法。這些數(shù)據(jù)通過(guò)flash提供的加解密接口進(jìn)行加密。另外外掛flash也可以存儲(chǔ)固件，在此過(guò)程中固件也被flash默認(rèn)進(jìn)行加密。這樣即使黑客拿到了開(kāi)發(fā)板，取下flash也拿不到里面的固件，這就對(duì)固件形成了安全保障。
王科巖分析說(shuō)，TinyTEE產(chǎn)品提供可信應(yīng)用校驗(yàn)，通過(guò)建立信任根和信任鏈，對(duì)固件和應(yīng)用進(jìn)行合法性、完整性的校驗(yàn)。另外TinyTEE產(chǎn)品還可提供安全存儲(chǔ)，可對(duì)隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行安全存儲(chǔ)，還提供通用的密碼算法。因?yàn)榍嗌徳剖亲鲈朴?jì)算的公司，也天然地支持了一些物聯(lián)網(wǎng)的安全應(yīng)用，包括雙向的身份認(rèn)證、一機(jī)一密、密鑰的管理等等。此外，TinyTEE的產(chǎn)品是符合Global Platform 的TEE標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)了Arm PSA標(biāo)準(zhǔn)的Level1的認(rèn)證。
M2351上搭載的TinyTEE軟件連接至青蓮云的安全云服務(wù)器，可提供完備的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理功能，如設(shè)備身份驗(yàn)證、安全存儲(chǔ)、加密引擎、真隨機(jī)數(shù)生成器等，在OTA固件更新時(shí)，可提供安全的信任鏈，保障云端到華邦W77Q安全閃存的數(shù)據(jù)傳輸安全，不易受到遠(yuǎn)程攻擊或造成隱私數(shù)據(jù)泄露。
物聯(lián)網(wǎng)安全級(jí)別
我們看到針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全，各芯片廠商推出的產(chǎn)品的安全級(jí)別不盡相同。那么我們?cè)撊绾味x物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中需要的安全級(jí)別呢?
對(duì)于電子發(fā)燒友網(wǎng)記者提出的這個(gè)問(wèn)題，陳宏瑋表示，結(jié)合德國(guó)的BSI（德國(guó)的政府的認(rèn)證單位）所做的分析可以看出，比如工控方面的安全要求，乃至互聯(lián)網(wǎng)在歐盟ETSI定義的終端產(chǎn)品安全要求，事實(shí)上這些標(biāo)準(zhǔn)里面，定位（mapping）出來(lái)的認(rèn)證安全級(jí)別，就是落在CC EAL2、CC EAL3這樣的范圍。
因此，華邦的認(rèn)證，事實(shí)上是基于Common Criteria以及SESIP，SESIP是Global Platform現(xiàn)在在推的一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)安全認(rèn)證。我們可以使用已經(jīng)通過(guò)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，去定位到比如說(shuō)IEC 62443這些其他場(chǎng)景的安全要求。
至于高級(jí)別的安全認(rèn)證例如EAL6+，華邦也能夠提供高階的安全認(rèn)證產(chǎn)品。這取決于應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于安全性的需求。
值得一提的是，對(duì)于車載應(yīng)用，華邦能夠提供同時(shí)滿足多種安全認(rèn)證與車用功能性安全認(rèn)證（ISO26262）的安全閃存。華邦W75F目前是業(yè)界唯一一個(gè)同時(shí)滿足CCEAL5+以及ISO26262 ASIL-D認(rèn)證的安全閃存。
陳宏瑋指出，目前含有嵌入式閃存的制程工藝還停留在28、40納米的階段，相比現(xiàn)在SoC前進(jìn)到5納米、7納米而言，落后很多代。在去年11月，在EuroSmart網(wǎng)站上公告顯示，外掛式閃存安全性的重要性問(wèn)題。它被寫(xiě)入PP0084。在國(guó)際上，外掛式閃存的安全性已經(jīng)獲得大家越來(lái)越多的重視。而華邦的優(yōu)勢(shì)正在于設(shè)計(jì)安全可靠性的外掛式閃存。
凌立民也表示，安全認(rèn)證是趨勢(shì)所在，不認(rèn)證難免讓客戶在使用產(chǎn)品的時(shí)候無(wú)所適從。在客戶所選用的微控制器時(shí)，不管是密碼算法，或是整體的產(chǎn)品生命周期，或是它過(guò)去常被忽略的固件版本升級(jí)服務(wù)，例如OTA（遠(yuǎn)程固件安全更新），都能夠提供一個(gè)完整的安全方案，節(jié)省客戶的開(kāi)發(fā)時(shí)間。新唐作為Arm生態(tài)圈里非常重要的一員，正和Arm一起在推廣PSA認(rèn)證，目的是希望讓客戶設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)智能環(huán)境的產(chǎn)品時(shí)，能夠有所參考。
三方合作，環(huán)環(huán)相扣，打造全鏈路物聯(lián)網(wǎng)安全
物聯(lián)網(wǎng)安全從硬件到軟件到云端是一個(gè)生態(tài)鏈的合作，陳宏瑋表示，物聯(lián)網(wǎng)安全與這三者環(huán)環(huán)相扣，借由軟硬結(jié)合的解決方案實(shí)現(xiàn)信任鏈的閉環(huán)。
在此次合作中，新唐微控制器用于為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與服務(wù)創(chuàng)新提供保障，并在保證裝置成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還能提供產(chǎn)品整個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)安全。這就需要硬件安全區(qū)域，以及將關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在華邦安全閃存當(dāng)中，從而保障數(shù)據(jù)安全。青蓮云利用TrustZone的架構(gòu)，移植TEE OS，基于此環(huán)境，青蓮云可以執(zhí)行安全應(yīng)用。
最終，通過(guò)比較全面完整、逐級(jí)各個(gè)端點(diǎn)的安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的全鏈路安全。
編輯：zzy 最后修改時(shí)間：2021-12-28
