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若沒有應(yīng)用環(huán)境，安全就沒有意義。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師經(jīng)常誤解安全，認(rèn)為諸如特定的加密算法和安全協(xié)議等安全措施只是系統(tǒng)的附加特性。安全是一個過程，而不是永遠保持不變的一款產(chǎn)品或一種終極狀態(tài)。而且，也不能在產(chǎn)品將永遠保持安全的假設(shè)下，把安全措施簡單地加入到一款產(chǎn)品中。設(shè)計師應(yīng)該在設(shè)計過程開始的時候，就把安全和其他參數(shù)如成本、性能和功耗等一并進行考慮。 在設(shè)計的初始階段，利用安全設(shè)計檢測威脅 在設(shè)計安全解決方案的時候，首先必須做的就是定義一個威脅模型，然后再創(chuàng)建安全策略。一旦評估完成，就能安心地選擇具體的技術(shù)來實現(xiàn)安全對策。威脅決定應(yīng)對策略，策略決定設(shè)計。 許多設(shè)計師都會犯同一個錯誤，在設(shè)計安全系統(tǒng)時沒有首先明確和了解可能遇到的真正威脅、以及這些威脅會為他們的終端產(chǎn)品帶來的重大風(fēng)險。相反，他們教條地把分類的安全技術(shù)堆在一起，并希望能獲得很高的安全性。這樣做代價高昂，沒有系統(tǒng)能防御所有的安全威脅，在設(shè)計中囊括那些沒有必要的技術(shù)和防御沒有實際威脅的風(fēng)險毫無意義。 即使威脅建模有價值，它本身也存在風(fēng)險 對于資源受限的設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)必須在存儲容量、功耗、處理能力、上市時間及成本等參數(shù)和安全需求之間獲取一種平衡。盡管存在資源不足的挑戰(zhàn)，通過仔細(xì)考慮威脅模型并設(shè)計系統(tǒng)使其工作在能滿足該模型的可用計算能力限制之內(nèi)，仍有可能開發(fā)出使產(chǎn)品在開放環(huán)境中有效工作的系統(tǒng)。 對系統(tǒng)設(shè)計師來說，考慮“威脅建模”的原理非常有用。威脅建模是基于一種假設(shè)，即每個系統(tǒng)都有值得保護的固有價值。然而，因為這些系統(tǒng)是有價值的，他們對內(nèi)部或外部威脅也是開放的，這些威脅能夠且經(jīng)常給終端產(chǎn)品帶來損害。設(shè)計完成后的安全漏洞常常是無法修正的，且危及投入的資金和開發(fā)資源，因此需要在設(shè)計周期的初始階段增強對安全評估的需求，并在整個設(shè)計周期中進行監(jiān)測和重復(fù)修正。 本質(zhì)上，我們可以把威脅模型定義為識別一組可能的攻擊，以便考慮配合一套徹底的風(fēng)險評估策略。有了威脅模型，您就能估計攻擊的概率、潛在危害和優(yōu)先級。 威脅建模很難，但是很有必要，威脅建模需要考慮系統(tǒng)是怎樣被攻擊的。建模完成后，它解決了潛在的系統(tǒng)安全故障隱患，解決了諸如它是如何產(chǎn)生、以及在出現(xiàn)安全故障時發(fā)生了什么等問題。通常在市場和成本的壓力下，這個評估以一種特別的方式來進行，即通過集思廣益征集系統(tǒng)有可能受到的所有攻擊(當(dāng)然，潛在的黑客或許比您更超前一步)。對這個過程來說，一個更加系統(tǒng)化及可重復(fù)的方法是使用攻擊樹，這個概念首先是由Bruce Schneier [1,2]提出來的。攻擊樹提供一種將攻擊系統(tǒng)的不同方式進行系統(tǒng)性分類的方法。大致來說，就是您以一種樹的結(jié)構(gòu)描述了系統(tǒng)所受的攻擊，在樹結(jié)構(gòu)中節(jié)點代表著攻擊時間。樹的根節(jié)點是攻擊者的總目標(biāo)，達到該目標(biāo)的不同路徑則是葉節(jié)點。 當(dāng)正確完成威脅建模時，真正的威脅就被確定下來了。然而，如果弄錯了可能存在的威脅的話，其代價將是高昂的。設(shè)計師弄錯威脅的一個案例是DVD的保護。盡管DVD碟片被加密，密鑰也被放在播放機里，只要播放機里包含抗篡改硬件，這種保護方式是沒有問題的。但當(dāng)引入軟件播放器時，密鑰就被曝露出來，通過反向工程就能恢復(fù)密鑰，也使任何人都能自由復(fù)制和散布任何DVD內(nèi)容。在這種情況下，它是有缺陷的威脅模型。雖然有安全措施，但是這無法真正解決問題。 僅僅列出一堆威脅是不夠的，由于不同威脅的風(fēng)險不同，您還需要知道每種威脅的風(fēng)險。威脅建模的下一個步驟是風(fēng)險評估，這是在任何安全系統(tǒng)設(shè)計中的一個至關(guān)重要的部分。 風(fēng)險評估 在風(fēng)險評估中，不可避免地要討論一些基礎(chǔ)問題，即What、Why以及Who? What—您在保護什么?在設(shè)計最初階段，就需要在您的系統(tǒng)中確定需要保護的關(guān)鍵對象。這些對象可能包括密鑰、特殊算法、器件標(biāo)識符、數(shù)字媒體、生物特征識別或產(chǎn)品固件。 Why—您為什么要保護這個設(shè)計?您是否需要作為與商業(yè)伙伴協(xié)議的一部分而保護IP，該商業(yè)伙伴只在您承諾在自己設(shè)計的產(chǎn)品中能保護其安全才會向您提供IP?您是否需要在一個醫(yī)療設(shè)備或商業(yè)銷售點系統(tǒng)中保證機密的用戶信息是安全的?您所設(shè)計的產(chǎn)品是否將是黑客攻擊目標(biāo)的熱門產(chǎn)品?所有這些問題都將決定對有效的安全防范技術(shù)的選擇。 Who—是誰真正地想要您的IP?當(dāng)然，攻擊者名單是列不盡的。不管他是享受攻擊挑戰(zhàn)的經(jīng)驗豐富的技術(shù)專家，還是意圖獲取您的IP的大型組織、政府或競爭對手，關(guān)鍵都是要識別攻擊者的動機、資源和專有技術(shù)，這樣您才能設(shè)計適當(dāng)?shù)姆烙胧?br /> 安全策略 一旦您已經(jīng)識別出了您的威脅，并且權(quán)衡了風(fēng)險，接下來就該建立安全策略了。安全策略是解決方案背后的戰(zhàn)略，而技術(shù)僅僅是戰(zhàn)術(shù)手段。安全策略描述“為什么”，而不是“如何做”。 例如，一個基于FPGA設(shè)計的安全策略目標(biāo)之一也許是“保持配置碼流的機密性”，這是系統(tǒng)的目標(biāo)之一。“如何做”或?qū)Σ叩膶嵤┛赡軙遣捎弥T如AES等對稱密鑰加密的方式，對配置碼流進行加密以便實現(xiàn)這個目標(biāo)。 下面總結(jié)了如何將這個工作放入到整體的設(shè)計流程中。 了解系統(tǒng)的真正威脅、并且評估這些威脅的風(fēng)險，評估哪些威脅是最危險的并最可能發(fā)生。將系統(tǒng)性防御這些威脅所需的安全策略進行描述并歸檔。這將是一系列的聲明，例如：“只有可信任的代碼才允許進入到受限制的內(nèi)存”，或“密碼密鑰必須保密”。 設(shè)計并實施能加強系統(tǒng)安全策略的防范措施。理論上，這些防范措施是保護、檢測和回應(yīng)的混合機制。 防范措施 在系統(tǒng)確定了潛在的攻擊，且已定義好安全目標(biāo)后，就可以考慮實施防范技術(shù)來減輕風(fēng)險。一套有效的安全防范措施包括3個不同的部分，并且它們依次發(fā)揮作用：保護、檢測、回應(yīng)。 為了解釋保護、檢測和回應(yīng)之間的關(guān)系，我們來看一個經(jīng)典的汽車盜竊案例。偷車賊如果想要偷竊您的新車，他必須首先破環(huán)車門鎖。如果竊賊想要開走汽車而不僅是搶劫車內(nèi)財物，他可能遇到許多安全措施，包括由于沒有使用正確的鑰匙而導(dǎo)致觸發(fā)引擎關(guān)斷開關(guān)，或者由于聲音、沖擊或篡改而激活警報聲。甚至車主還會采納其他額外的、意料之外的安全措施，如Lojack汽車恢復(fù)系統(tǒng)，盡管該系統(tǒng)還存在安全漏洞，但也可能把警察直接帶到盜車賊身邊。在安全設(shè)計術(shù)語中，門鎖和引擎關(guān)斷機制是保護對策，而警報是檢測對策，警察和Lojack系統(tǒng)是回應(yīng)對策。 這些對策必須基于系統(tǒng)已知威脅來合理地共同工作。如果保護機制被攻破，必須依靠檢測和回應(yīng)機制來抵御攻擊。如果回應(yīng)機制不存在或無效，那擁有檢測機制也就沒有意義。 在嵌入式系統(tǒng)中，保護機制也許采取加密的形式、反篡改的機制[3]、或采用多種物理安全形式如機械性地搞亂連接處理器、內(nèi)存裝置數(shù)據(jù)線以及關(guān)鍵元件封裝的硬件接入點。例如，媒體播放器一般使用加密法來實施數(shù)字版權(quán)管理(DRM)，以便作為對音樂和電影內(nèi)容的保護。 檢測機制如入侵傳感器可被用于檢測開路或短路，從而指示發(fā)生了企圖物理性損害設(shè)備的行為。 回應(yīng)是系統(tǒng)的最后防御。通常，回應(yīng)機制將關(guān)閉或禁用設(shè)備，或刪除敏感內(nèi)容以預(yù)防發(fā)生危害。回應(yīng)機制也能記錄檢測到的攻擊類型及發(fā)生時間，這樣就能在受到攻擊后提供有用的法庭審核信息。 結(jié)語 安全設(shè)計就是一個動態(tài)的、與具體的系統(tǒng)相關(guān)的過程，且往往很復(fù)雜。對于本文中談?wù)摰拿糠N安全話題，都有大量研究和專門技術(shù)資料供設(shè)計師研究和學(xué)習(xí)。在開始進行設(shè)計時，最重要的事情就是盡早開始您的安全需求評估，定義系統(tǒng)安全目標(biāo)，并經(jīng)常性地根據(jù)系統(tǒng)用途及市場的變化來確定是否最初的威脅已經(jīng)改變或擴展。 什么時候您才會知道您的系統(tǒng)是足夠安全的?澳大利亞新南威爾士Country Energy負(fù)責(zé)安全的Robbie Sinclair曾經(jīng)說過：“在您感覺到不夠安全之前，安全措施總是過量的。”當(dāng)您開始您的安全評估時，請給出您對“多大程度的安全才算安全”這個問題的答案。 |
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“設(shè)計師應(yīng)該在設(shè)計過程開始的時候，就把安全和其他參數(shù)如成本、性能和功耗等一并進行考慮。” 好文章，學(xué)習(xí) |
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