組み込みシステムにおけるハードウェア・ラウンド・セキュリティの増大

組み込みデバイスは、スマートホームセンサーと産業用コントローラーから、接続された医療インプラントと自動運転車両まで、あらゆる新しい導入エンドポイントで攻撃面が拡大することを可能にします。ソフトウェアのみのセキュリティ対策は、必要に応じて、洗練された物理的な攻撃、キー抽出の試み、およびファームウェアの活用に不十分であることを証明しています。応答では、設計者は、より高度な基礎ハードウェアセキュリティコンポーネントに向けています。セキュアな要素(SE)チップ。この機能により、マイクロ制御を効果的に制御できる、マイクロ制御機能が実現します。

セキュアな要素チップの理解

Secure Element は、CPU、メモリ(RAM、ROM、EPROM/Flash)、および、物理攻撃と論理攻撃の両方に抵抗するように設計された単一のパッケージで暗号化アクセラレータを組み合わせる目的で作られたハードウェアモジュールです。汎用 MCU とは異なり、SE チップは、ハードウェア保護の層で設計されています。メッシュシールド、電圧センサー、周波数検出器、およびアクティブ ダイコーティングは、プローブまたはチップが即時に生成されるように、基本的レベルのデータを保護します。[Folt] および [Folt] は、すべての重要な要素が、暗号化されたものでなければなりません。

一般的なフォームファクター

  • 埋め込まれたSE: はんだは、デバイスPCB(例えば、NXP SE050、Infineon SLx 9670)に直接。 統合および物理的なセキュリティの最高レベルを提供します。
  • [ 統合SE]:システムオンチップ(SoC)またはアプリケーションプロセッサ(例えば、Apple Secure Enclave、Qualcomm Trusted Execution Environment with Integrated SE)内で組み込まれています。 スマートフォンでの使用量が多岐に渡ります。
  • []:セキュアな要素を含むSIMカードとmicroSDカード。携帯電話や支払い端末で共通。

安全な要素チップの重要な利点

SEチップを埋め込まれたデバイスに統合することで、ソフトウェアや汎用ハードウェアベースのセキュリティモジュール(TPMなど)が完全に対処できない複数のセキュリティ優位性が提供されます。

  • タンパ抵抗]:ハードウェア対策は、サイドチャネル攻撃(電力分析、電磁解析)、障害発生、マイクロプローブから保護します。
  • [Secure Key Storage]: プライベートキー、証明書、パスワードは、ホストプロセッサにアクセスできない専用のメモリに保存されます。 アプリケーションプロセッサが妥協している場合であっても、秘密は安全です。
  • [ クリプトグラフのオフロード[:RSA、ECC、AES、SHAのための組み込みアクセラレータ、および時々後量アルゴリズムは、主プロセッサの負荷を減らし、安全な操作をスピードアップします。
  • [ 認証規格準拠:リードSEチップは、共通基準(EAL6+まで)、FIPS 140-3、およびGlobalPlatformで認定されています。 この認定は、金融、自動車、ヘルスケアなどの業界の規制要件を満たすための強力な基盤を提供します。
  • [Secure Boot &リモート・アテスティング[]:SEは、デバイスブーツの前にファームウェアの完全性を検証し、認証されたコードのみが実行されることができます。 また、デバイスがクラウドサービスにアイデンティティを証明するために、認証レポート信号を生成することもできます。

組込みエンジニアの実装検討

利点は明らかですが、SEチップの展開には、慎重に建築計画が必要です。 分離SE対統合ソリューションを使用する決定は、コスト、パフォーマンス、フォームファクター、および認定ニーズによって異なります。

選考基準

  • 性能要件:必要な秒あたりの暗号化操作を評価します。 トラフィックの高いIoTエンドノードの場合、効率的な加速を備えた専用のSEが不可欠です。
  • [インターフェイスの互換性]:共通インターフェイスはI2C、SPI、ISO 7816およびSWP(単一ワイヤー プロトコル)を含んでいます。ホストMCUがレイテンシを追加することなく選択したインタフェースをサポートしていることを確認してください。
  • [:キーのライフサイクル管理:製造(工場内パーソナライゼーション)やポストドプロイメント(SEベースのセキュアチャネルによる対面更新)を行なう方法の計画。SEと統合するキー管理サービスの使用を検討してください。
  • [認証レベル]:支払いアプリケーション(例、EMVCo)、EAL5 +またはEAL6 +認定SEが必須です。 機密性の高いIoTの場合、低認証は十分です。

ハードウェア統合のPitfalls

SEチップの物理的な配置。それは、露出したトレースから離れたべきであり、VCCデカップリングキャップはピンの近くに位置しています。 騒音を数えることができる高速デジタルラインの近くに重要な信号をルーティングしないでください。 セキュアな要素チップは、しばしば、清潔で安定した電源が必要です。 別のLDOが推奨されます。 通信ライン(I2CまたはSPI)は、SEがそれをサポートする場合、プロトコルレベルで短く理想的に暗号化されるべきです(例えば、SE050のチャンネルACH71は安全です)。

セキュアな要素を補完するセキュリティプロトコル

SE単独では、完全なセキュリティソリューションではありません。それは、層付きセキュリティアーキテクチャの一部でなければなりません。

  • [Secure Boot Chain]:SEは信頼(ROT)証明書のルートを保持します。 ブート中に、ホストプロセッサの初期ブートローダはSEによって検証されます。 成功した署名チェックが次の段階を実行した後にのみ。
  • [暗号化された通信チャネル[]:ホストとSEの間で交換されるすべてのデータは、相互認証によって確立されたセッションキーを使用して暗号化されるべきです。 これは、PCBトレースの男性間間接間接間接間接間接間接の遮断を防ぐ。
  • [ファームウェアアップデート整合[:SEを使用して、OTAの更新を復号化および検証します。 SEのセキュアブート機構は、インストール前に新しいファームウェアが認証されていることを保証します。
  • Edgeでゼロトラスト:]:SE生成認証トークンにより、クラウドバックエンドは各デバイスを一意に認証し、デバイスが無許可のゼロトラストモデルを有効にすることができます。

業界横断のユースケース

産業用IoT&スマートインフラ

スマートなメートルおよび建物のオートメーションでは、SEの破片はエネルギー盗難を防ぎ、無許可の再構成。それらは装置アイデンティティを貯え、雲に伝達する前にセンサーデータを暗号化します。

自動車(V2Xおよびテレマティクス)

現代の車両は、ECUと外部インフラ間の安全な通信を必要とします。SEチップは、車両から毎回(V2X)システム内のメッセージを認証し、信頼できるコマンドのみが動作するようにします。

ヘルスケアウェアラブル

移植可能で身につけられる医療機器は、患者データを保護しなければなりません。SEチップは暗号化キーを保護し、安全なファームウェアのアップデートを実施し、致命的なサイバー攻撃のリスクを低減します。

支払及びアクセス管理

クレジットカード、NFCターミナル、スマートロックはSEチップに依存して決済資格を保持し、読者と暗号ハンドシェイクを実行します。

セキュアな要素技術における将来のトレンド

SEランドスケープは、新たな脅威と性能要求に対応するため、急速に進化しています。

  • [ポスト量子暗号法(PQC)[]:量子コンピュータのアプローチとして、SEのベンダーはPQCアルゴリズム(例えば、CRYSTALS-Kyber、Dilithium)をシリコンに統合し始めます。 認定PQC対応SEを次の2年以内に期待してください。
  • [Biometric Integration]:次世代SEチップは、オンチップ指紋やアイリスマッチングを可能にし、安全に保存されたテンプレートを維持します。
  • []エッジAIセキュリティ[]:エッジデバイス上で実行されるAIモデルでは、SEはMLモデルを安全にホストし、更新するために使用され、モデルの盗難や副詞操作を防ぎます。
  • [:GlobalPlatform Standardization:GlobalPlatformは、IoTとデジタルキーのSE仕様を定義し続けています。 []]で整列するGlobalPlatform]は相互運用性を保証します。
  • []SCP03[でリモート管理:セキュアチャンネルプロトコル03(SCP03)は、物理的なアクセスなしでSE上でクラウドベースのキー管理とリンゴのアップデートを可能にします。 これは大規模な展開にとって不可欠です。

結論: 約束されたハードウェアと組み込まれた保証を高度化

安全な組込みデバイスを構築するには、規制と消費者は、物理的なリモート脅威の増大配列に対する堅牢な保護を必要としません。 セキュアな要素チップは、秘密を保存し、暗号化を実行し、デバイスアイデンティティを確立するための実証済みの認定およびスケーラブルな基盤を提供します。 適切なSEを選択することにより、強力なハードウェア設計慣行を統合し、デバイスライフサイクル全体で安全なプロトコルと組み合わせることで、エンジニアは、飛躍的に妥協の危険性を減らすことができます。 信頼性とデータの完全性は、このような脅威を解決するために、SEFORFは、このような脅威を解決することができます。 [ISO]