隨著更直觀、響應(yīng)更靈敏的設(shè)備被釋放出來(lái)，數(shù)字宇宙和物理世界之間的界限變得模糊不清。更不用說(shuō)所有這些連接性對(duì)安全性的影響。

物聯(lián)網(wǎng)安全已被廣泛討論，并且經(jīng)常與“不斷擴(kuò)大的攻擊面”和“零日漏洞”等主題相關(guān)聯(lián)。然而，在這些討論中經(jīng)常缺少的一個(gè)被低估的攻擊媒介是最基本和最重要的：欺騙。

眾所周知，欺騙在幾千年前是有效的，在“孫子兵法”的作者孫子時(shí)代，它斷言它是攻擊者最強(qiáng)大的工具。

今天，隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，情況也沒(méi)有什么不同。你如何通過(guò)欺騙獲勝？它與冒充有很大關(guān)系。例如，在軍隊(duì)中，如果敵對(duì)信號(hào)假裝來(lái)自您自己的無(wú)人機(jī)，那么您就遇到了大麻煩。而且，如果在不久的將來(lái)，智能交通信號(hào)燈被篡改，向自動(dòng)駕駛汽車發(fā)出欺騙信號(hào)，結(jié)果可能是災(zāi)難性的。

以偷車等常見(jiàn)犯罪為例。在停車場(chǎng)，犯罪分子可以攻擊一輛汽車。但是，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，黑客可以同時(shí)入侵1，10或1，000輛汽車，可能遍布全球各個(gè)城市。更大的問(wèn)題是，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，黑客在進(jìn)行這些攻擊時(shí)可以在任何地方;它們不需要物理上靠近被黑客入侵的設(shè)備。它們可以在海洋的另一邊。

身份驗(yàn)證是密鑰

雖然這可能不是每個(gè)人都首先想到的，但欺騙是物聯(lián)網(wǎng)安全的最大威脅，這對(duì)安全專家來(lái)說(shuō)并不是什么新鮮事。著名的安全作家布魯斯·施奈爾（Bruce Schneier）在2016年寫(xiě)了一篇博客，講述了羅伯·喬伊斯（Rob Joyce）的一次罕見(jiàn)的公開(kāi)演講，他當(dāng)時(shí)是國(guó)家安全局定制訪問(wèn)運(yùn)營(yíng)小組的負(fù)責(zé)人。在這次演講中，他淡化了零日漏洞的評(píng)級(jí)，斷言“憑據(jù)竊取是進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的方式”。

實(shí)際上，幾乎所有的安全問(wèn)題都是身份驗(yàn)證問(wèn)題。如果您可以在通信的另一端驗(yàn)證設(shè)備的身份，則可以知道什么是合法的，什么是不合法的。但是，如何對(duì)設(shè)備進(jìn)行身份驗(yàn)證？無(wú)人機(jī)還是汽車？訪問(wèn)設(shè)備的請(qǐng)求可能是合法的，但可能不是。

在談?wù)撛O(shè)備身份驗(yàn)證時(shí)，它有助于繪制人類類比。海關(guān)官員通過(guò)護(hù)照識(shí)別人員。對(duì)于某些國(guó)家/地區(qū)，它必須附有簽證。為了真正安全，他們必須通過(guò)檢查您的指紋來(lái)驗(yàn)證您的身份。

對(duì)于連接到云的設(shè)備，情況非常相似。設(shè)備通過(guò)顯示其設(shè)備唯一證書(shū)向云中標(biāo)識(shí)自己。該證書(shū)已在云提供商處注冊(cè)，并且某些權(quán)限鏈接到它 - 類似于護(hù)照上的簽證。將證書(shū)從一臺(tái)設(shè)備復(fù)制到另一臺(tái)設(shè)備并不難。身份識(shí)別是不夠的，身份需要驗(yàn)證。執(zhí)行此操作的最佳方法（不可克隆的方式）是檢查設(shè)備獨(dú)有的內(nèi)容。換句話說(shuō)，設(shè)備硬件中無(wú)法從一個(gè)設(shè)備復(fù)制到另一個(gè)設(shè)備的元素。

PUF 作為設(shè)備指紋

固有ID使用“指紋”，可以在每個(gè)芯片的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）中找到。這種指紋稱為 SRAM 物理不可克隆函數(shù) （PUF）。就像人類指紋是不可克隆的一樣，這種設(shè)備獨(dú)有的指紋也是不可克隆的。與用作護(hù)照的設(shè)備證書(shū)結(jié)合使用，它可以構(gòu)建不可克隆的設(shè)備標(biāo)識(shí)。對(duì)于每個(gè)連接的設(shè)備 -語(yǔ)音輔助設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)汽車、無(wú)人機(jī)、手表、恒溫器、燈泡、胰島素泵 -都可以基于 PUF 創(chuàng)建不可克隆的身份，這使得繞過(guò)身份驗(yàn)證保護(hù)措施變得非常困難。通過(guò)這種不可克隆的身份，我們可以安全地對(duì)設(shè)備進(jìn)行身份驗(yàn)證，保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性，并確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性。

但是，單板聚氨酯是如何工作的呢？SRAM PUF 基于任何數(shù)字芯片中可用的標(biāo)準(zhǔn) SRAM 存儲(chǔ)器的行為。每次SRAM供電時(shí)，每個(gè)SRAM單元都有自己的首選狀態(tài)，這是由晶體管閾值電壓的隨機(jī)差異引起的。因此，在為SRAM存儲(chǔ)器供電時(shí)，每個(gè)存儲(chǔ)器將產(chǎn)生0和1的唯一隨機(jī)模式。如前所述，這些圖案就像芯片指紋一樣，因?yàn)槊總€(gè)圖案對(duì)于特定的SRAM都是唯一的，因此對(duì)于特定的芯片也是唯一的。

然而，來(lái)自SRAM PUF的這種“響應(yīng)”是一個(gè)“嘈雜”的指紋，將其變成高質(zhì)量和安全的加密密鑰需要進(jìn)一步處理。通過(guò)使用“模糊提取器”IP，可以在所有環(huán)境條件下每次重建完全相同的加密密鑰。

芯片供應(yīng)商或設(shè)備制造商都不需要注入設(shè)備的根密鑰。注入密鑰需要受信任的工廠，這增加了制造過(guò)程的成本和復(fù)雜性，并限制了靈活性。因此，不需要密鑰注入是一個(gè)顯著的好處。與非易失性存儲(chǔ)器（NVM）中的傳統(tǒng)密鑰存儲(chǔ)相比，這種從SRAM屬性派生密鑰的方法具有很大的安全優(yōu)勢(shì)：

由于密鑰僅在需要時(shí)生成，因此從不存儲(chǔ)，因此當(dāng)設(shè)備處于非活動(dòng)狀態(tài)（沒(méi)有密鑰處于靜止?fàn)顟B(tài)）時(shí)，它不存在。因此，打開(kāi)設(shè)備并破壞其內(nèi)存內(nèi)容的攻擊者無(wú)法找到它，這大大提高了設(shè)備的安全性。

無(wú)需添加昂貴的安全硬件（如安全元件或 TPM 芯片）來(lái)保護(hù)芯片上的密鑰和有價(jià)值數(shù)據(jù)。任何使用SRAM PUF密鑰（或由其派生的密鑰）加密的敏感內(nèi)容或IP都可以存儲(chǔ)在不受保護(hù)的存儲(chǔ)器中，因?yàn)槿绻麤](méi)有SRAM PUF密鑰，就無(wú)法在芯片外部的任何地方讀取。

從密鑰到身份

一旦設(shè)備配備了來(lái)自SRAM PUF的根密鑰，就可以通過(guò)使用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）指定的密鑰派生函數(shù)（KDF）從該根密鑰派生其他功能密鑰。從SRAM PUF根密鑰派生的任何密鑰都會(huì)自動(dòng)繼承前面描述的好處，因此它也不需要注入，永遠(yuǎn)不會(huì)存儲(chǔ)（僅在需要時(shí)派生），并且不需要昂貴的安全硬件。

設(shè)備標(biāo)識(shí)通常由公鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) （PKI） 中的設(shè)備證書(shū)管理。使用 PKI，每個(gè)設(shè)備標(biāo)識(shí)都是從芯片獨(dú)有的強(qiáng)公私加密密鑰對(duì)構(gòu)建的。雖然可以共享公共部分以建立標(biāo)識(shí)，但專用部分（用于驗(yàn)證標(biāo)識(shí)）必須始終保密，并應(yīng)綁定到設(shè)備。這些要求與 SRAM PUF 的特性完美契合。

當(dāng)公鑰-私鑰對(duì)派生自 SRAM PUF 時(shí)，可以保證此密鑰對(duì)是設(shè)備唯一的，因?yàn)楦荑€是設(shè)備唯一的。此外，私鑰始終受到保護(hù)，因?yàn)樗肋h(yuǎn)不會(huì)被存儲(chǔ)，并且僅在需要時(shí)派生。因此，從 SRAM PUF 派生公鑰-私鑰對(duì)可提供在 PKI 中使用的必需屬性。

現(xiàn)在，可以通過(guò)證書(shū)簽名請(qǐng)求 （CSR） 與證書(shū)頒發(fā)機(jī)構(gòu) （CA） 共享公鑰。根據(jù)此公鑰，CA 返回預(yù)配到設(shè)備上的證書(shū)。當(dāng)設(shè)備連接到云時(shí)，它將使用此證書(shū)來(lái)顯示其身份?；谧C書(shū)，云可以通過(guò)運(yùn)行要求設(shè)備具有其私鑰的身份驗(yàn)證協(xié)議來(lái)驗(yàn)證 IoT 設(shè)備的身份。現(xiàn)在可以保證設(shè)備的真實(shí)性，因?yàn)闆](méi)有另一方知道或有權(quán)訪問(wèn)私鑰。當(dāng)然，私鑰是從芯片的SRAM PUF動(dòng)態(tài)重建的。

通過(guò)這種方式，可以將安全身份構(gòu)建到設(shè)備中，類似于通過(guò)護(hù)照等文檔為人們構(gòu)建的安全身份。SRAM PUF的“指紋”不是使用一個(gè)人的生物特征作為護(hù)照的信任根，而是用于明確地將證書(shū)中的身份與設(shè)備的硬件聯(lián)系起來(lái)。

最重要的是，如果我們想讓物聯(lián)網(wǎng)成功，我們必須建立信任，這需要我們可以信賴的身份驗(yàn)證。使用每個(gè)設(shè)備固有的不可克隆標(biāo)識(shí)是一個(gè)很好的起點(diǎn)。

審核編輯：郭婷