وقد أعاد إدماج المجهزين بالأجهزة الصغرى في النظم الفيزيائية الإلكترونية إلى تشكيل هيكل أساسي مضمون ومضمون، حيث أن هذه النظم تزداد تعقيدا وترابطا، يصبح أمن المعدات الأساسية حجر الزاوية لمنع الفشل الكارثي والتطفلات الخبيثة، ولم تعد المجهزات الدقيقة مجرد وحدات حسابية، بل هي جهات فاعلة في إنفاذ الأمن تعمل في مجالات متعددة.

فهم النظم السيبرية - الفيزياء وقطعها الأمنية

وتمثل النظم الفيزيائية السيبرية تقارباً شديداً بين الخوارزميات الحاسوبية والعناصر المادية، وهي تشمل مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك نظم المراقبة الصناعية التي تدير شبكات الطاقة ومحطات معالجة المياه وشبكات النقل الذكية ذات المركبات المستقلة والأجهزة الطبية مثل أجهزة الوتر الخفيفة ومضخات الحرق ونظم التشغيل الآلي، والخصائص المحددة لجهاز التحكم في المواد الكيميائية هي أن الفشل أو الضرر الناجم عن السلامة المادية يمكن أن يكون مباشراً.

كما أن سطح الهجوم على جهاز شرطة معتمد واسع ومطبق، فالتهديدات يمكن أن تنشأ عن تدخلات الشبكة، أو سلاسل الإمداد المهددة، أو حتى التلاعب المادي، وكثيراً ما تكون التدابير الأمنية التقليدية في مجال تكنولوجيا المعلومات، مثل جدران الحريق والبرمجيات المضادة للفيروسات، غير كافية لأن عناصر النظام المركزي للكهرباء يجب أن تعمل في الوقت الحقيقي بسلوك محدد.

جهاز معالجة الدقيق كجهاز أمني في مركز شرطة (كاليفورنيا)

وفي قلب كل عقد من هذه الأجهزة يقع جهاز مصغر (أو متحكم صغير) ويمتد دوره إلى ما يتجاوز تنفيذ منطق الرقابة من أجل إنفاذ السياسات الأمنية على أدنى مستوى من المعدات، وتشتمل أجهزة تجهيزات دقيقة حديثة على مجموعة من السمات الأمنية التي تدعمها الأجهزة والتي تخلق أساسا موثوقا به لمجموع النظام.

روايات البرمجيات الصلبة

ومن المفاهيم الأساسية لأمن دائرة خدمات المشاريع، وجود قاعدة للثقة في الأجهزة، وهي مجموعة من المهام التي لا يمكن استيعابها في أجهزة التجهيز الجزئي التي يمكن استخدامها للتحقق من صحة وسلامة البرامج، وأكثرها شيوعا هو نموذج منبر مؤمن، وهو نظام غالبا ما يدمج مباشرة في الشريحة أو كعنصر مستقل آمن، وتوفر هذه الآليات تخزينا آمنا للمفاتيح البرمجية المثبتة، وقدرة على تغيير السياقات التي تثبت وجود جهاز تخزين

"أكوادور بوت" و"مؤمنة"

فالحذاء المضمون هو عملية تحقق فيها المعالجات الدقيقة من التوقيع الرقمي لكل قطعة من البرمجيات قبل تنفيذها، بدءا من نظام الأحذية والتطبيقات التشغيلية، وإذا كان أي عنصر قد تم تلاعبه أو استبداله بنسخة غير مأذون بها، فإن عملية الأحذية تتوقف، وهذا يحول دون استمرار التهديدات التي تحاول تعديل نظام المراقبة الخفيف لجهاز من أجهزة البرمجيات المركزية.

Trusted Execution Environments (TEEs)

ويساند المجهزون البالغ الصغر من بائعين مثل شركة ARM (TrustZone) وشركة Intel (SGX/TDX) وشركة AMD بيئات التنفيذ الموثوق بها التي تعزل الرموز والبيانات الحساسة عن نظام التشغيل الرئيسي، وفي مركز خدمات المشاريع، يمكن لفريق التكنولوجيا والتقييم الاقتصادي أن يستضيف مقاييس الرقابة الحرجة أو عمليات التبريد في منطقة منفصلة محمية من ذاكرته، وحتى إذا كانت المهاجمة الرئيسية مضرة.

التشفير المتلقي بالموجات الصلبة

وهناك عدد كبير من المجهزين بالأجهزة المجهرية التي يمكن أن تستخدم في عمليات التطهير من المواد الكيميائية مثل AES و RSA و ECC و SHA.

تعزيز أمن أجهزة شرطة دائرة خدمات المشاريع من خلال القدرات على تجهيزات صغيرة

وتترجم الملامح المذكورة أعلاه إلى تحسينات أمنية ملموسة عبر دورة الحياة الخاصة بدائرة شرطة كوسوفو.

الكشف عن الأمراض الشاذة ومنعها

ويمكن برمجة المجهزات الدقيقة لرصد سلوك النظام في الوقت الحقيقي، حيث يمكن أن تكشف عن وجود مضاعفات متكاملة للأداء ومنطق لحفر الحافلات، مثل الدخول غير المتوقع للذاكرة، أو تسلسلات التعليم غير العادية، أو الانحراف عن خط الأساس المتعلم لمصفوفات العمليات المادية، وتدل بعض الرقائق المتقدمة على وجود مسرعات للتعلم الآلي تُستخدم في نماذج للوزن الضئية للتنبؤ بالفشل أو للهجمات الإلكترونية.

معلومات محدثة عن برنامج " سير "

ومن أكبر التحديات التي تواجه أمن دائرة الأمن العام معالجة أوجه الضعف في الأجهزة التي يمكن أن تظل في الخدمة منذ عقود، ولا يمكن للمعالجات الدقيقة التي تدعم آليات التحديث المضمونة والموثوقة أن تتلقى برامج جديدة من البرمجيات إذا وقعها المصنع بشكل مشفوع بالبريد، كما أن الأجهزة الصغرى تحقق من التوقيع قبل كتابة آخر المستجدات، مما يحول دون قيام مهاجم بصنع أجهزة حماية مضللة.

ال تامبر المادي

ونظراً لأن عناصر البرمجيات الكيميائية كثيراً ما تنشر في مواقع غير آمنة، فإن المعالجات الدقيقة يجب أن تقاوم الهجمات المادية مثل الاختبار، والتشذيب، وتحليل الميكانيكي الجانبي، إذ أن العديد من الرقائق الحديثة تدمج الدروع النشطة، ومجسات الفولط ودرجات الحرارة، وأجهزة الكشف الخفيف التي يمكن أن تُخطر مفاتيح أو أجهزة إنذار حرائق الحافلات الحساسة، مثلاً، قد يكتشف جهازاً مصغراً للغاز الذكي ويحولاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاً.

أمن الشبكات في إدج

ويمكن للمعالجات الدقيقة التي تنطوي على قدرات للتواصل الشبكي (مثلا، شركة Ethernet MAC، وشركة Can FD، و5G NR) أن تنفذ الأمن عند حافة دائرة شرطة العاصمة، ويمكنها أن تُنفّذ تقسيم الشبكة، وتثبت سلامة الحزم، وترفض حركة المرور التي تنتهك السياسات المحددة مسبقا، وفي جهاز تحديد المواقع الآلية، يمكن للمعالجة الدقيقة في البوابة أن تفتش جميع الرسائل على إطار القيادة غير المأذون به.

التحديات والحدود المتعلقة بالأمن البالغ الصغر

ورغم السمات القوية، فإن الاعتماد على أجهزة تجهيزات دقيقة لأمن جهاز تحديد المواقع يفرض تحديات عديدة يجب الاعتراف بها ومعالجتها.

الخصوم الجانبية

وحتى مع أمن المعدات، يمكن للمعالجات الدقيقة أن تسرب المعلومات عن طريق استهلاك الطاقة، والانبعاثات الكهرومغناطيسية، أو تغيرات التوقيت، أو السلوك الكيميائي، ويمكن للمهاجمين المتطورين أن يقوموا بهجمات على النفقات الجانبية لاستخراج مفاتيح التبريد أو البيانات السرية، وفي سياق نظام تحديد المواقع، يمكن أن يُعرض للخطر المفاتيح الطويلة الأجل المستخدمة في التحديثات الآمنة أو توثيق الشبكات.

سلسلة الإمدادات

إن أمن المعالجات الدقيقة يتوقف بشكل حاسم على إثباتها، فالتعديلات المفرغة أثناء التصنيع (مثلاً، المستودعات الخلفية أو القنابل المنطقية) قد تقوض جميع أشكال الحماية القائمة على المعدات، وسلسلة الإمداد العالمية شبه الموصلات معقدة، ومعرفة صلاحية كل عنصر من المكونات تقريباً مستحيلة، وتقنيات مثل التصنيع المقسم، وعلامات ماء الأجهزة، وأجهزة التحقق بعد التصنيع

القيود على الموارد ورؤوس الأداء

وقد تُصمم العديد من أجهزة شرطة العاصمة لتلبية التكاليف الصارمة، والطاقة، والميزانيات الحجمية، وتستهلك الملامح الأمنية مساحة الموت ويمكن أن تزيد استهلاك الطاقة، مثلا، قد يتطلب تشغيل آلية وقائية أو فريق تقني دورات إضافية للذاكرة والتجهيز، مما قد يؤثر على الاستجابة في الوقت الحقيقي، ويجب على المهندسين اتخاذ قرارات دقيقة بشأن التصميم، وغالبا ما يتوازنون الأمن مع القيود الأخرى، وفي بعض الحالات، تكون الشرائح الأمنية الخارجية معقدة.

الغطاء الأرضي المتطور

ومع زيادة تأمين المعالجات الدقيقة، فإن المهاجمين يحوّلون تركيزهم إلى مستويات أعلى من الحزمة أو إلى عناصر أقل حماية، كما أن هجمات الأحذية الباردة، وهندسة المعدات المعكوسة، وحقنها غير سليم، من بعض التنفيذات، كما أن الحاسب الكمي يهدد بكسر أجهزة التبريد العامة التي تشكل أساس العديد من آليات الأحذية والتحديث الآمنة.

الاتجاهات المستقبلية: الجيل القادم من المجهزات الدقيقة المضمونة لجهاز تحديد المواقع

ويسعى قطاع الصناعة والأوساط الأكاديمية، إدراكا منه للدور الحاسم الذي تؤديه أجهزة تجهيزات دقيقة في مجالات الأمن والصناعات والدوائر الأكاديمية في مجال حفظ النظام، إلى اتباع عدة اتجاهات واعدة.

الأمن المتكامل في إدج

ويمكن للتقدم في مجال التعلم المختلط للمعالجات الدقيقة أن يدير نماذج متطورة للكشف عن الشذوذ مباشرة على بيانات أجهزة الاستشعار، فعلى سبيل المثال، يمكن للمعالجات الدقيقة في محطة لمعالجة المياه أن تتعلم أنماط الضغط والتدفق المتوقعة، ثم تعطل العلم الذي يشير إلى هجوم إلكتروني أو إلى خلل ميكانيكي، ويقلل الكشف المبكر عند الطرف من الحاجة إلى إرسال جميع البيانات إلى خادم مركزي، مما قد يؤدي إلى زيادة تكلفة وبطء عملية التجهيز.

التكامل في فترة ما بعد الكوانت

ونظراً لطول فترة بقاء الهياكل الأساسية لمراكز إدارة خدمات الرقابة، فإن دعم عمليات التبريد بعد الكواشف أمر أساسي، وقد بدأ مصممو المعالجات الدقيقة يشملون مسرعات الأجهزة التي تستخدم في عمليات التكرير، والتحكم في الشفرة، والبدائل البدائية المتعددة، وقد قام المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بتوحيد عدة مقاييس، كما أن شركات الرقائق تقوم بالفعل بتحديث أدوات تبادل البيانات الجاهزة التي تدعمها.

تنوع وخلاصات البرامج

ولمكافحة الهندسة العكسية والتزييف، يجري تصميم أجهزة معالجة صغيرة باستخدام تقنيات الاختراق مثل التشفير المنطقي، وقفل مسارات الدوائر الرئيسية، والبوابات المتعددة المورفات، مما يجعل من الصعب على المهاجم استخراج تصميم أو إدخال طروادة معدات متعددة، بالإضافة إلى استخدام هياكل متعددة متعددة ذات نطاق ضيق (مثلا، وجود بيئة واحدة من التنوع البيولوجي).

التحقق الرسمي من أمن هاردوير

ومع تزايد تعقيد الملامح الأمنية للميكروبات، فإن خطر وجود عيوب في التصميم دون الخامل، فطرائق التحقق الرسمية - التي تستخدم الأدلة الرياضية لإثبات أن التصميم يفي بمواصفاته الأمنية - يجري تطبيقه على نطاق أوسع من جانب بائعي الشرائح، وعلى سبيل المثال، فإن الممتلكات الأمنية قد تبين أن المقياس الوحيد للصور المأمون هو الذي يمكن أن يكتب إلى جهاز التبريد المكرر.

خاتمة

إن المجهزات الصغيرة لم تعد أجهزة حسابية سلبية؛ فهي وصية نشطة على العالم المادي الذي يتحكم فيه النظام الإلكتروني الفيزيائي، ومن خلال جذور البرمجيات، والأحذية الآمنة، وبيئات التنفيذ الموثوق بها، والمسرد المكبوتية المتكاملة، توفر أجهزة قياسية حديثة أساساً قوياً لأمن أجهزة الضبط المركزي، وتتيح الكشف عن المواد الكيميائية في الوقت الحقيقي، وتجديد شبكات البرمجيات المأمونة.

For further reading, consult NIST Special Publication 800-82 Rev 3 (Guide to Industrial Control Systems Security) and the ARM TrustZone documentation. For a deep diquve into equipment security primitives, see the TPM 2.0