توسعه ی Imperative برای امنیت فراگیر سخت افزار در سیستم های جاسازی شده

همانطور که دستگاه های جاسازی شده در سراسر صنایع - از سنسورهای هوشمند خانه و کنترل کننده های صنعتی تا کاشت های پزشکی متصل و وسایل نقلیه مستقل - سطح حمله در دسترس به دشمنان گسترش با هر اقدام امنیتی تازه مستقر است، در حالی که لازم است، اثبات شده است که در برابر حملات فیزیکی پیچیده، تلاش های استخراج کلید و بهره برداری از سیستم عامل، طراحان به طور فزاینده ای به یک جزء امنیتی بنیادی تبدیل می شوند: اجرای اسرار مقاوم در برابر آن، دستکاری فیزیکی و دستکاری فیزیکی، عملیات های کوچک اختصاص داده شده.

درک چیپ های عنصر امن

یک عنصر امن یک ماژول سخت افزاری هدف است که یک CPU، حافظه (RAM، ROM، EEPROM / Flash) را ترکیب می کند و شتاب دهنده های رمزنگاری در یک بسته واحد طراحی شده برای مقاومت در برابر حملات فیزیکی و منطقی است (بر خلاف یک MCU) ، یک تراشه SE با لایه های حفاظت از سخت افزار مهندسی شده است - محافظان رمزنگاری، سنسورهای ولتاژ، آشکارسازها و پوشش فعال می میرند؛ بنابراین پردازش فوری و یا پردازش داده های حساس است.

عوامل فرم مشترک

  • : به طور مستقیم بر روی PCB دستگاه حک شده است (به عنوان مثال NXP SE050، Infineon SLx 9670) بالاترین سطح ادغام و امنیت فیزیکی را فراهم می کند.
  • [FLT:] در داخل یک سیستم-on-chip (SoC) یا پردازنده برنامه (به عنوان مثال، Apple Secure Enclave، Qualcomm Trusted Environment با SE یکپارچه) اغلب در تلفن های هوشمند استفاده می شود.
  • SE Shiftable : سیم کارت و کارت های microSD که شامل یک عنصر امن است.

مزایای کلیدی چیپ های عنصر امن

یکپارچه سازی یک تراشه SE به یک دستگاه جاسازی شده، مزایای امنیتی متعددی را ارائه می دهد که نرم افزار یا حتی ماژول های امنیتی مبتنی بر سخت افزار (مانند TPMs) ممکن است به طور کامل به آن توجه نکنند.

  • [FLT: 1 ] مقاومت در برابر حملات جانبی ( تجزیه و تحلیل قدرت، تجزیه و تحلیل الکترومغناطیسی)، تزریق خطا و میکروپروپی.
  • ذخیره سازی کلید (FLT:1) : کلیدهای خصوصی، گواهینامه ها و رمزهای عبور در حافظه اختصاصی ذخیره می شوند که برای پردازنده میزبان قابل دسترسی نیست، حتی اگر پردازنده برنامه به خطر افتاده باشد، اسرار همچنان امن باقی می مانند.
  • Cryptoographic Offload ؛ شتاب دهنده های داخلی برای RSA، ECC، AES، SHA و گاهی اوقات الگوریتم های پس از کوانتومی بار بر پردازنده اصلی را کاهش می دهند و سرعت عملیات امن را افزایش می دهند.
  • انطباق استانداردهای معتبر ؛ تراشه های SE تحت معیارهای مشترک (تا EAL6 +، FIPS 140-3، و GlobalPlatform گواهی گواهی می دهند که پایه محکمی برای پاسخگویی به الزامات نظارتی در صنایع مانند امور مالی، خودرو، و مراقبت های بهداشتی فراهم می کند.
  • بوت وamp؛ گواهی از راه دور : SE می تواند یکپارچگی سیستم عامل قبل از چکمه های دستگاه را تأیید کند، و تنها کد معتبر اجرا می شود.این همچنین می تواند سیگنال های گزارش گواهی را برای اثبات هویت دستگاه به خدمات ابر تولید کند.

بررسی های پیاده سازی برای مهندسان جاسازی شده

در حالی که مزایای آن روشن است، استقرار یک تراشه SE نیازمند برنامه ریزی دقیق معماری است.تصمیم برای استفاده از SE گسسته در مقابل یک راه حل یکپارچه بستگی به هزینه، عملکرد، فاکتور فرم و نیازهای گواهینامه دارد.

انتخاب معیارها

  • الزامات دقیق : ارزیابی عملیات رمزنگاری در ثانیه مورد نیاز است.
  • سازگاری میان وجه ؛ رابط های مشترک شامل I2C، اشپیگل، ISO 7816 و SWP (پروتکل سیم) اطمینان حاصل می کنند که میزبان MCU بدون اضافه کردن تأخیر از رابط انتخاب شده پشتیبانی می کند.
  • ] مدیریت چرخه زندگی کلید: برنامه ریزی کنید که چگونه کلیدها را ارائه می دهند - در طول تولید (شخصی سازی در کارخانه) یا پس از زایمان (به روز رسانی بیش از هوا با کانال امن SE) در نظر بگیرید استفاده از یک سرویس مدیریت کلیدی که با SE ادغام می شود.
  • سطح صلاحیت [FLT:]: برای برنامه های پرداخت (به عنوان مثال، EMVCo)، EAL5+ یا EAL6+ SE گواهی شده است اجباری است برای کمتر حساس IoT، گواهینامه پایین ممکن است کافی باشد.

دانلود بازی سخت افزار Pitfalls

قرار دادن فیزیکی تراشه SE مهم است.باید از ردهای در معرض قرار گیرد، با کلاه های VCC decoupling نزدیک به پین ها، از مسیریابی سیگنال های بحرانی در نزدیکی خطوط دیجیتال با سرعت بالا که می تواند سر و صدا را جفت کند، تراشه های عنصر امن اغلب نیاز به یک منبع برق پاک، پایدار دارند؛ یک LDO جداگانه توصیه می شود. خطوط ارتباطی (I2C یا اشپیگل) باید به طور ایده آل نگهداری شوند و اگر آن را در سطح امن نگه دارید (به عنوان مثال، پشتیبانی می کند.

پروتکل های امنیتی که عناصر امن را تکمیل می کنند

به تنهایی SE یک راه حل امنیتی کامل نیست؛ بلکه باید بخشی از یک معماری امنیتی لایه باشد.

  • [FLT: SE دارای ریشه اعتماد (ROT) گواهی بوت، بوت کننده اولیه پردازنده میزبان توسط SE تایید شده است.
  • کانال های ارتباطی رمزگذاری شده: تمام داده های مبادله شده بین میزبان و SE باید با استفاده از یک کلید جلسه ایجاد شده از طریق احراز هویت متقابل رمزگذاری شوند.این مانع از رهنگیری انسان در وسط در ردیابی PCB می شود.
  • به روز رسانی نرم افزار [FLT 1]: استفاده از SE برای رمزگشایی و تأیید به روز رسانی بوت امن SE تضمین می کند که سیستم عامل جدید معتبر قبل از نصب است.
  • اعتماد در لبه : با تولید SE توکن های گواهی، یک backend ابر می تواند هر دستگاه را به طور منحصر به فرد معتبر کند، و یک مدل صفر اعتماد را که در آن هیچ دستگاه به طور ضمنی مورد اعتماد نیست، فراهم کند.

استفاده از پرونده در سراسر صنایع

IoT وamp؛ زیرساخت های هوشمند

در متر های هوشمند و ساخت اتوماسیون، تراشه های SE از سرقت انرژی و پیکربندی مجدد غیر مجاز جلوگیری می کنند.آنها هویت دستگاه را ذخیره می کنند و داده های سنسور را قبل از انتقال به ابر رمزگذاری می کنند.

خودرو (V2X و Telematics)

وسایل نقلیه مدرن نیاز به ارتباط امن بین ECU ها و زیرساخت های خارجی دارند. SE پیام های معتبر در سیستم های خودرو به همه چیز (V2X) را تأیید می کند و اطمینان حاصل می کند که تنها دستورات قابل اعتماد به آن عمل می کنند.

بهداشت و درمان Wearables

دستگاه های پزشکی قابل ایمپلنت و پوشیدنی باید از داده های بیمار محافظت کنند. SE از کلیدهای رمزگذاری محافظت می کند و به روز رسانی های امن را اجرا می کند و خطر حملات سایبری کشنده را کاهش می دهد.

پرداخت وamp؛ Access Control

کارت های پرداخت بدون تماس، پایانه های NFC و قفل های هوشمند همه به تراشه های SE برای نگه داشتن اعتبار پرداخت و انجام دست های رمزنگاری با خوانندگان متکی هستند.

آینده در تکنولوژی Secure Element

چشم انداز SE به سرعت در حال تکامل است تا به تهدیدات و خواسته های عملکردی در حال ظهور بپردازد.

نتیجه گیری: امنیت جاسازی شده با ثابت شده سخت افزار

ساخت دستگاه های جاسازی شده امن دیگر اختیاری نیست - محرک ها و مصرف کنندگان خواستار حفاظت قوی در برابر یک آرایه رو به رشد از تهدیدات فیزیکی و از راه دور هستند. چیپ های امن یک پایه ثابت، گواهی و مقیاس پذیر برای ذخیره اسرار، انجام رمزنگاری و ایجاد هویت دستگاه را به دقت انتخاب کنید، یکپارچه سازی آن با شیوه های طراحی سخت افزار قوی، و اتصال آن با پروتکل های امن در سراسر دستگاه، از طریق استفاده از تهدیدات اصلی مانند SELT اطمینان است.