Reimagining IoT אבטחה באמצעות חומרה מחודשת

הצמיחה של האינטרנט של הדברים (IoT) היא עיצוב מחדש של תעשיות – מחקלאות מדויקת ובריאות חכמה ועד לאוטומציה תעשייתית וכלי רכב מחוברים עד 2030, עשרות מיליארדי נקודות קצה יאספו, יימשכו, ויעברו נתונים על פני רשתות מורכבות יותר ויותר.סולם זה מציג אתגר אבטחה חריף: כיצד להגן על מכשירים עם זיכרון מוגבל, מעבדי כוח נמוך, ותוחלת חיים תפעולית ארוכה נגד מחסנים מתפתחים?

עיצובים מסורתיים המבוססים על מיקרובקר מסתמכים על ביצוע הוראה סינטיבית, שהופכים לצוואר בקבוק עבור פעולות אבטחה אינטנסיביות חישוביות. FPGAs לעקוף את זה על ידי יישום פרימיטיבי אבטחה כמו מעגלי חומרה מקבילים שיכולים לעבד נתונים במהירות חוט. גישה זו לא רק מאיצה פונקציות הצפנה אלא גם מפחיתה את פני השטח התקפה - קוד זדוני פועל על המעבד הראשי לא יכול לטבול עם חומרה ברמת אבטחה.

הבנת היתרון הלוגי הניתן לתוכנה

FPGAs הם מכשירים למחצה מוליכים למחצה בנוי ממערך של בלוקים לוגיים הניתנים להגדרה (CLBs) המחוברים באמצעות חיבורים בין-תחומיים הניתנים לתוכנה.בניגוד מעגלים משולבים ספציפיים של יישומים (ASICs), אשר נקבעים במרקם, או מיקרו-בקרים המבצעים הוראות במהירות POSentially, FPGAs יכול להיות מוחזר ליישום מעגלים דיגיטליים מותאם אישית לאחר פריסה.

יכולת זו יוצרת הצעה ייחודית ערך עבור אבטחת IoT, זה אומר מנועי הצפנה, ליבות אימות ולוגיקה פרוטוקול יכול לפעול באופן עצמאי מהמעבד הראשי, צמצום הגמישות וצריכת החשמל.אם פגיעה מתגלה בפרוטוקול אבטחה פרוס, FPGA bitstream יכול להיות מעודכן מרחוק כדי להטמיע את היישום החומרה מבלי לדרוש תחליף פיזי.

מדוע מאבקים מסורתיים ב-IoT

מכשירים IoT הם ביסודם של משאבים-constrain.הם פועלים בדרך כלל עם זיכרון RAM מוגבל, מהירויות שעון נמוכות, ותקציבי אנרגיה קטנים, לעתים קרובות פועל על סוללות במשך שנים.פרוטוקולים אבטחה נועדו במקור לסביבות שולחן העבודה והשרת - כגון TLS 1.3, IPsec, או X.509 שרשראות תעודה - הם חישוב משמעותי מעל מתי ייושם בתוכנה על פלטפורמות אלה.

  • Hardcoded ו- Weak Credentials:FLT [1] מכשירים רבים עם סיסמאות ברירת מחדל שלעולם לא השתנו, מה שהופך אותם למטרות קלות עבור גיוס בוטנט והתקפות תנועה מאוחרות יותר.
  • (FLT:0) Insuffic Boot Integrity:FLT 1 ללא חומרה-anchored מגף מאובטח, תוקף יכול להזריק קושחה זדונית במהלך עדכון או באמצעות טמפרציה פיזית, צובר שליטה מתמדת.
  • (FLT:0) חומרים מרכזיים: 10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10
  • (FLT:0)Side-Channel Leakage:BuildFLT:1) יישום תוכנה של אלגוריתמי הצפנה לעתים קרובות מציג תזמון, כוח, או וריאציות אלקטרומגנטיות שדלפות מידע סודי לצופה.
  • (FLT:0) רפורמות וקטורים: FLT:1 מכשירים שהוצבו בסביבות בלתי מבוקרות רגישים לאוטובוס, JTAG debugging, ו- השבבים מתפזרים.

גבולות היסוד של ביצוע אוויר

ערימות אבטחת תוכנה מחוסמות על ידי ארכיטקטורת פון נוימן של המעבד, שבו ההוראות מוחזרות, מקודמות, והוצא להורג ללא ספק פעולות כמו הצפנה של AES או RSA מודולרי אחריות דורשות מחזורים רבים של CPU, אשר המעבד אינו יכול להתמודד ביעילות משימות הגיוניות אחרות. PGiz יוצר גם ערוצים צדדיים שניתן לנצל באמצעות ניתוח סטטיסטי נוסף, תוכנה פגיעת, נשאר פגיעת לשחיתות, כמו גם כן, או מנגנונים חסימת אבטחה חסימתיים אחרים, או חסימתית, או חסימת אבטחה חסומים, כמו גם כן, או חסימתית, או חסימתית, כמו מנגנונים חסימתיים בצורה יעילה יותר, כמו קוד זדונית, או חסימתיים, כמו מנגנונים חסימתיים, או חסומים, או חסומים, או חסומים, כמו קוד זדונית, או חסימת אבטחה מנגנונים חסימת אבטחה חסימתיים, אשר יכולים למנוע אבטחה חסומים באופן יעיל יותר, או חסומים, כך, כמו מנגנונים חסומים, כמו מנגנון אבטחה חסומים, כמו מערכת אבטחה חסומים, כמו זה יכול להיות מקודמתים, כמו גם כן, כמו מנגנונים חסומים באופן יעיל יותר, כמו

כיצד FPGAs Transform IoT אבטחה

תוך מינוף FPGA כמעבד אבטחה ייעודי - או כחלק ממערכת heterogeneous System-on-Chip (SoC) לצד CPU למטרות כלליות - נותן למכשירים IoT מודול אבטחה חומרה המותאם ליישום הספציפי. הבד FPGA יכול לארח פונקציות אבטחה מרובות הפועלות במקביל עם תזמון משופר והתנגדות הדדית להתקפות צד-ערוצים אלה, כולל פונקציות פיתוח פונקציונליות אבטחה קשיחות של תוכנת ה-AFPG.

Acceleration Cryptographic

ליבות הצפנה ואימות המיושמות בלוגיקה של FPGA יכולות לעבד נתונים במהירות חוט. ciphers סימפונית כגון AES-GCM, ChaChaCha20-Poly1305, ואלגוריתמים קלים כמו ASCON (הסבר על ידי NIST לסביבות סודיות IoT) ליהנות מיחידות חומרה מופצפות עמוקות של ECH3 יכול להשלים במחזור שעון אחד, עם מקבילות מרובות על פני נתונים מוצפנים, כלומר, כלומר, כמו גם על פני מספר מוצפנים, כמו גם על פני שטח אחסון מרובים של מספר מוצפנים, או מוצפנים, כמו גם על פני שטח אחסון רחב של מוצפנים, כמו מוצפנים, כמו מוצפנים, כמו מוצפנים, כמו מוצפנים, על פני שטח של מספר רחב של ציוד חומרה מוצפנים, או מוצפנים, כמו מוצפנים, כמו מוצפנים, על פני שטח אחסון מרובים של מספר מסלולים מרובים של מערכות מידע סטנדרטיים של ציוד חומרה (Rlipd.

FPGAs גם מספק נתיב מעשי לפרוס קריפטוגרפיה לאחר הסטנדרטים בוגר. תוכניות מבוסס Lattice כמו CRYSTALS-Kyber ו CRYSTALS-Dilithium להסתמך על הפולנומיטי המפות ביעילות כדי לתכנן לוגיקה יעילה ארגונים יכולים לפרוס מכשירים היום עם תמיכה קריפטוגרפית קלאסית ועדכון ה- FPGA bitstream יקר כדי לכלול אלגוריתמים-הווה, עמידים עתידיים, במיוחד, גמישות לטווח הארוך, ללא חיישנים יציבים.

יצירת שורש קשיח של אמון

תהליך מגף מאובטח, ה-FPGA לוגי מספק רמה של עמידות כי אימות מבוסס תוכנה אינו יכול להתאים. FPGA יכול מיידיות פונקציה פיזית בלתי-אפשרית (PUF) כדי ליצור מכשיר ייחודי, או לאחסן מפתח סודי בתקן אבטחת מידע חד פעמי (CFPGA) יכול להקל על מערכת האבטחה של CPU הראשי. במהלך ההפעלה, ה-FPGAifies יוצר את הגדרות האבטחה של קוד פתוח אחד, באופן מפורש, למנוע תיקון אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה חסומה 2.

מעבר למגף מאובטח, ה-FPGA יכול לתפקד כמפקח אבטחה במשרה מלאה.זה יכול מדגם אוטובוסים מערכת, לעקוב אחר דפוסי גישה לזיכרון, ולאכיפת בידוד ברמת חומרה בין משימות תוכנה שונות.לדוגמה, יחידת הגנה מבוססת זיכרון מבוססת FPGA יכולה למנוע יישום פגום מקריאה או כתיבה לאזורים השייכים לליבת הקריפטוגרפית. פונקציות ניטור אלה יציגו ניתנות מעל אם הן מבוצעות בתוכנה על מיקרו-כוח נמוך, אך ביעילות, אך הן פועלות ללא מחזורים מקבילים.

גילוי בזמן אמת ופרוטוקול filter

המקבילה הטבועה של מרק FPGA מאפשרת לו לבדוק תעבורת רשת או אוטובוסים פנימיים מבלי להפריע להפעלה רגילה של מכשיר סטנדרטי.מנועי התאמת דפוס שנבנו מטבלאות וטבלאות קצה יכול לזהות התנגשויות ידועות, שערי חבילות חריגות, או הודעות עכבות של יישומים (כגון מומים ממותקים או MQTT) בקצב של יצירת ההיגיון הוא יישום מיידי של מערכת הפעלה או הגנה מוגבלת של זמן, כגון קוד זדונית או מתוקף IFret.

Side-Channel Resistance באמצעות עיצוב חומרה

יישום תוכנה של אלגוריתמים קריפטוגרפיים הם פגיעים לשמצה להתקפות של ערוץ-ערוצי - צריכת חשמל ניטור סיבולת, פליטות אלקטרומגנטיות או זמן ביצוע יכול לשחזר מפתחות סודיים לאחר מספר קטן יחסית של תצפיות. FPGA יכול לשלב אמצעי נגד ישירות לתוך עיצוב חומרה, כגון לוגיקה כפולה-שברירית, שעון אקראי, או מסיכה כי ערכים ביניים אקראיים אלה נבנות ברמה גבוהה יותר של קוד פתוח, הם סימנים של מנגנון יעיל יותר מאשר קידוד יעיל של כוח.

אנרגיה באמצעות חומרה

אחת החסמים המתמשכים ביותר לאבטחת IoT היא העלות של האנרגיה.עבור חיישנים המופעלים על ידי סוללות צפויים לפעול במשך שנים, כל מיקרוג'אול חייב להיות אחראי על ידי מאיץ אבטחה מבוסס FPGA להשלים פעולות הצפנה בתקופות הרבה פחות שעון מאשר שגרה של תוכנה שווה ערך, המאפשר למערכת לחזור למצב שינה נמוך כוח מוקדם יותר.

יכולת פיתוח שדה גם תומכת ביעילות אנרגיה בעקיפין.במקום להציג מעבד אבטחה כללי, אשר חייב לתמוך אלגוריתמים עתידיים עם מורכבות חישובית לא ידועה, מעצבים יכולים לפרוס את החומרה המדויקת הנדרשת לפרוטוקולים של היום.כאשר תקני אבטחה מתפתחים, עדכון bitstream מצטבר מוסיף מאיץ חדש ללא שינוי של כוח טביעת הרגל הפיזית או הגדלה של המכשיר.

מחסומים אמיתיים ברחבי המגזרים הקריטיים

השילוב של FPGAs ו-IoT אבטחה עובר מעבר למעבדות מחקר לסביבות ייצור.ברשתות חשמל חכמות, מכשירים אלקטרוניים חכמים (IEDs) משתמשים ב-FPGA מבוססי אותנטיות כדי לאמת את GOOSE (החומר הנטוע באובייקטים גנטיים), תחת תקן IEC 61850, יש צורך לבצע פקודות הגנה קריטיות אלה בתוך מיקרו-שניות כדי למנוע פקודות spoofed של גורם בלתי-מוגבל ל-Flytitated רשתות: 61-1, כלומר, למנוע סודיות, כלומר, למנוע סודיות, 000 שניות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 אבטחה, 000, 000, 000, 000, 000 של אבטחה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 של אבטחה, 000, 000, 000 של אבטחה אלה, 000 זמן אלה, 000 זמן אלה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 אבטחה קריטיים, 000, 000 זמן אלה, 000, 000, 000 זמן אלה, 000 אבטחה, 000 אבטחה, 000, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000, 000 זמן, 000, 000 הגנה קריטי הגנה קריטי הגנה קריטי הגנה קריטי הגנה

במגזר הרכב, יחידות בקרה ומודולים של FPGA משולבים יותר ויותר לוגיקה FPGA כדי להתמודד עם בטוח CAN bus סינון ואימות מבוסס Ethernet עבור ADAS ומערכות השגה מידע. AFPGA אחד יכול לגשר על רשתות רכב מרובות תוך אכיפת כללי בקרת גישה ופעילות חשודה, כל ללא הוספת העדכונים העיקריים של ניהול אבטחה מופעלת על ידי ניהול אבטחה מלאה, מעבד אבטחה מופעלת על ידי מערכת אבטחה של כוח.

מרכזי IoT לצרכנים מייצגים עוד התאמה טבעית.שער בית חכם באמצעות FPGA יכול לסיים פרוטוקולים אלחוטיים מרובים - Z-Wave, Bluetooth Low Energy - בשכבה הפיזית, ליישם הצפנה של קישורים בתוך חומרה, ולהציג ממשק פנימי אחיד ואותנטיות למעבדת הצפנה של יישומים.אדריכלות זו מבטלת את הסיכון כי שבב רדיו נפגע יכול להשיג גישה בלתי מופרכת למערכת הבריאות המארחת, כגון ניטור נתונים מחובר, ללא טיפול תרופתי, כמו שבב אחסון מאובטח של HFP ללא טיפול תרופתי ללא טיפול תרופתי.

ניווט לאתגרים של אימוץ FPGA

למרות היתרונות הביטחוניים והביצועים שלהם, FPGAs אינם פנאצה. עקומת הלמידה של עיצוב חומרה יכולה להיות תלולה, למרות שכלים סינתזזה ברמה גבוהה וספריות גדלות של ליבות IP מאומתות הן 140 מדרכות בהתמדה את המחסום לכניסת משקל: בעוד ש-FPGA נמוך הפך זול יחסית, הם עדיין מוסיפים עלויות חיובים שקשה להצדיק את התצורה של עצמה: bit-Facturcy-Fvcrelimate חייב גם כן להגן על גביית:

שרשרת האספקה של קניין רוחני FPGA חייבת גם להיות מנוהלת בקפידה. ליבות קריפטוגרפיים של צד שלישי או יישום פרוטוקול עשויים להכיל דלתות אחוריות מכוון או פרצות של ערוץ צד שני.שימוש בקוד פתוח, עיצובים RTL או כפופים לכל צד שלישי לאימות רשמי הוא חיוני לשמירה על האמון בגבולות הביטחון.

תקנים התומכים בביטחון המוחזר

תקני התעשייה הם יותר ויותר מודעים לתפקיד של חומרה בתכנות באבטחת IoT.ה-IoT:0ETSI EN 303 64503FLT:1 סטנדרטי עבור מכשירים IoT לצרכנים מעודד אחסון מאובטח מבוסס חומרה של פרמטרים רגישים, דרישה כי FPGAs עם PUF או eFuse יכול למלא את אמצעי האבטחה המבוססים על FSA ו- FPGA מקדם בסיס חומרה של אמון, ו- FPGAs יכול להפעיל מחדש של אבטחה סטנדרטית של PGI.

מתכוננים לעידן הפוסט-קווטן

הופעתה של מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול המסוגלים לשבור את עקומת החמקמקה של היום ו- RSA Cryptography מהווה איום חמור על ציי IoT שעשויים להיות בלתי אפשריים פיזית לזכור. FPGAs מציעים אסטרטגיה מעשית של הפחתה היום: אלגוריתמים קריפטוגרפיים נבחרים שעומדים בפני התקפות קוונטיות ומיישמים אותן בחומרה, עם ההבנה כי הפרמטרים יכולים להתאים ולחליף באמצעות שינוי מחדש של תהליך ה-CGASTFGADRMI, אשר עשוי לשילוב יעיל של RMI.

תכנון מעשי עבור צוותי הנדסה

עבור צוותים המחפשים את הצומת הזה, גישה שלבית מייצרת את התוצאות האמינות ביותר.התחל על ידי זיהוי צוואר הבקבוק הביטחוני העיקרי - בין אם זה איטי TLS לחיצות, אחסון מפתח חלש, או חוסר ניטור בזמן ריצה - ולהפיץ את FPGA כמו מאיץ חומרים חד פעמי עבור פונקציה אחת. קומפקטית למחצה ספקים מציעים עיצובים כי זוג מעבד CortexM עם פתומים דלתיים כגון מיקרוסקופית ניקוי יחידנית של מעבד יחיד, כגון מיקרוסקופית ניקוי יחיד.

שיתוף פעולה הדוק בין צוותי חומרה וקושחה הוא חיוני.מודל איום יסודי צריך להגדיר אילו פונקציות לבצע לוגיקה קבועה מול תוכנה, כיצד סודות ניתנו במהלך הייצור, וכיצד גישה מטושטשת בטוחה מיושמת.ה-FLT:0NIST SP 800-193 פלטפורמה resiliency Resiliency System FLT:1 מציע עקרונות החלים ישירות על חומרה חד-משמעית, כולל התאוששות מפני הגנת קושחה והכחשה קבועה של צוותים של אבטחה, במיוחד, כולל פונקציות אבטחה רלוונטיות, כולל אבטחה רלוונטיות, כולל, כולל פונקציות אבטחה קריטיות, כולל פונקציות אבטחה רלוונטיות, כולל פונקציות אבטחה רלוונטיות, כולל אבטחה רלוונטיות, כולל אבטחה.

The Evolve Ahead

ההתכנסות של טכנולוגיית FPGA ופרוטוקולים אבטחת IoT מאיצה, המונעת על ידי איומים מקוונים מתוחכמות יותר והביקוש למחזור חיים ארוך, הגנה מתאימה.אדריכלות FPGA חדשה משלבת ליבות קשיחות, בלוקים קריפטוגרפיים ייעודיים, ו- AI-accelerating DSP אריחי אבטחה שיכולים לנתח דפוסי תנועה לזיהוי עם יעילות של אנרגיה מקודשת ללא הקרבה של התקני אבטחה פתוחים, כמו קוד אבטחה מינימליים כגון קוד אבטחה מאובטחים הקשורים ל-CRMKlimate, כמו RMA.

החזון האולטימטיבי הוא מערכת יחסים סימביוטית: מכשיר ה-IoT מתמקד במשימות הליבה שלו, חישה והפעלה בעוד ה-FPGA דומכת באופן שקט סודיות, יושרה וזמינות בשכבות הנמוכות של הערימה.הפרדה ארכיטקטונית זו לא רק מקשה על נקודות קצה בודדות, אלא גם מחזקת את החוסן של כל רשת ההשקעות.