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芯片為什么要防范物理攻擊?

pmkA_arm_china ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-05-30 16:16 ? 次閱讀
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近日,Arm發(fā)布了一系列IP以保護(hù)芯片免受物理攻擊,該系列擴(kuò)展了Arm的安全I(xiàn)P產(chǎn)品組合,為所有物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供物理安全性。這些的全新IP產(chǎn)品均標(biāo)有代表物理安全的字母“P”標(biāo)識(shí),包括:Cortex-M35P處理器以及一套全新的、可防側(cè)信道攻擊的安全I(xiàn)P(CryptoIsland-300P和CryptoCell-312P)。

本文將探討Cortex-M35P如何憑借其優(yōu)勢和特性,為受到支持廣泛、對用戶開發(fā)及其友好的Cortex-M處理器提供防范物理攻擊、防范篡改的保護(hù),從而為您的產(chǎn)品提供進(jìn)入新市場的機(jī)會(huì)。

Cortex-M35P的主要優(yōu)勢

Cortex-M35P是第一款提供防物理篡改功能的Armv8-M處理器,使處理器核心有能力更容易、更快速地取得支付級(jí)或電信級(jí)的安全認(rèn)證。Cortex-M35P還是一款包含了多層次安全結(jié)構(gòu)的處理器,結(jié)合了使用Arm TrustZone技術(shù)實(shí)現(xiàn)的軟件保護(hù)與SecurCore系列處理器中的物理保護(hù)。Cortex-M35P是Arm安全產(chǎn)品組合的延伸,遵循Arm的PSA平臺(tái)安全架構(gòu)原則。

讓您的設(shè)計(jì)更自信 讓保護(hù)更靈活 加速您的產(chǎn)品成功
提供成熟的、經(jīng)受過實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)的、支持廣泛的安全技術(shù)。 提供多種高級(jí)物理安全功能供您選擇。 豐富的IP產(chǎn)品和健全生態(tài)系統(tǒng)支持能有效降低產(chǎn)品開發(fā)成本。
? 建立在經(jīng)過驗(yàn)證的、已部署在數(shù)十億個(gè)SecurCore處理器中的市場適應(yīng)性技術(shù)之上。
? 采用TrustZone技術(shù),在數(shù)十億個(gè)基于Cortex-A的設(shè)備中獲得支持。
? 將現(xiàn)有知識(shí)重新用于已由數(shù)百萬名Cortex-M開發(fā)人員部署過的相同程序員模型之上。
?為廣泛熟悉的Cortex-M系列強(qiáng)化市場適應(yīng)性,而不會(huì)影響性能。
? 提供高度靈活性,以及可選功能項(xiàng)以用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能(包括信號(hào)處理)。
? 更高的安全性(Lockstep、可配置的奇偶校驗(yàn)、可觀察性),從而實(shí)現(xiàn)更快速、更低成本的系統(tǒng)安全功能部署。
? 在我們?nèi)娴腁rm安全解決方案組合中進(jìn)行優(yōu)化。
? 從Cortex-M33處理器輕松升級(jí)。
? 重用基于Cortex-M設(shè)備構(gòu)建的現(xiàn)有軟件。
? 由世界第一的嵌入式生態(tài)系統(tǒng)支持,獲得全球最大的開放知識(shí)庫。


為什么要防范物理攻擊?

我們在日常生活中會(huì)遇到越來越多的設(shè)備——比如在家中、工作場所、醫(yī)院,工業(yè)場所以及城市空間等等——其中有些是連網(wǎng)的,有些則不是。在這其中,許多設(shè)備存儲(chǔ)了非常有價(jià)值的個(gè)人信息,使它們成為物理攻擊的目標(biāo)。從成本角度來看,由于簡單數(shù)據(jù)采集工具的部署和存在,這些攻擊變得更具有可行性。我們越來越多地目睹到物理攻擊的發(fā)生,例如側(cè)信道攻擊已成為標(biāo)準(zhǔn)安全威脅模型的一部分。對物理攻擊的主要擔(dān)憂來自攻擊(所產(chǎn)生危害)的延伸效應(yīng),即通過攻擊一臺(tái)設(shè)備,攻擊者可以提取源代碼并發(fā)現(xiàn)漏洞,進(jìn)而進(jìn)行更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

TechRepublic BGU高級(jí)講師Yossi Oren在他的物聯(lián)網(wǎng)安全博文中總結(jié)道:“你只需要進(jìn)行一次物理訪問——一旦你購買了某個(gè)設(shè)備的一個(gè)副本或某個(gè)攝像頭的一款型號(hào),并在實(shí)驗(yàn)室中成功對其進(jìn)行攻擊——你就會(huì)獲得可以遠(yuǎn)程攻擊相同設(shè)備或型號(hào)所需的所有信息?!?/p>

我們用一個(gè)類比來解釋我們?yōu)槭裁匆_發(fā)Cortex-M35P:這就像保護(hù)您的房子一樣,既然您屋中有貴重物品,那么至關(guān)重要的是確保所有入口都受到保護(hù),同時(shí)也需考慮到小偷闖入特定入口的困難度。

圖1:保護(hù)設(shè)備安全就像保護(hù)房子一樣——安全強(qiáng)度僅取決于最薄弱的環(huán)節(jié)!

例如,如果小偷要通過頂層的一扇小窗戶入室行竊的話,他可能需要一把梯子和一些特殊的工具才能夠得逞。因?yàn)檫@頗費(fèi)周章且很難得手,所以您可能會(huì)認(rèn)為頂層的那扇小窗不會(huì)是小偷入室行竊的首選入口,從而認(rèn)為貴重物品是得到了保護(hù)的。但是,如果房子里有非常貴重的物品,或者不用那么費(fèi)勁就可以進(jìn)入頂層的這扇窗戶,那么小偷就有可能會(huì)設(shè)法進(jìn)入了。

這一概念也適用于物聯(lián)網(wǎng)。Arm擁有廣泛的安全組合,可以防御各種進(jìn)入點(diǎn),現(xiàn)在Arm正在加強(qiáng)對物理攻擊的防范。 Cortex-M35P的開發(fā)旨滿足所有需要市場適應(yīng)性的嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)市場的需求?,F(xiàn)在,任何面對物理安全項(xiàng)目要求的Cortex-M開發(fā)人員,都可以升級(jí)到這款最新的Cortex-M處理器,同時(shí)不會(huì)讓之前所有的開發(fā)投入付之東流。

此外,該處理器可以與Arm IP產(chǎn)品組合中的其余組件相匹配,以構(gòu)成強(qiáng)大而全面的安全解決方案,從而加速上市時(shí)間。開發(fā)人員可以從Arm廣泛的生態(tài)系統(tǒng)中受益,該生態(tài)系統(tǒng)提供了最為廣泛的開發(fā)工具、編譯器、調(diào)試器、操作系統(tǒng)和軟件中間件,可有效節(jié)約時(shí)間及成本。

與其他攻擊類型相關(guān)的物理攻擊

隨著攻擊平面不斷增加以及物聯(lián)網(wǎng)(IoT)規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中可能很難根據(jù)現(xiàn)在的情況來確定如何保護(hù)您的下一代設(shè)備。 為了理解并應(yīng)對這一狀況,Arm通過針對四種不同類型的攻擊目標(biāo)建模來描述安全性,它們分別是:通信、產(chǎn)品生命周期、軟件攻擊以及物理攻擊,如圖2所示。設(shè)備面臨的風(fēng)險(xiǎn)取決于應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的價(jià)值。許多設(shè)備需要考慮更多針對系統(tǒng)底層的攻擊,例如針對底層軟件的攻擊,可以借助Arm TrustZone提供的隔離來獲得充分的保護(hù)。但是,還有一些其他類型的用戶產(chǎn)品需要考慮更為復(fù)雜的攻擊風(fēng)險(xiǎn),例如各類通過物理方式攻擊芯片的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2:對四種不同類型安全攻擊的威脅系數(shù)進(jìn)行評(píng)估

需要防范哪些攻擊取決于您認(rèn)為哪些物理攻擊會(huì)對您的產(chǎn)品構(gòu)成足夠的威脅。 Arm PSA平臺(tái)安全架構(gòu)的建議是:安全始終始于分析,這里的分析指使用威脅建模程序進(jìn)行分析。通過威脅建模,您可以評(píng)估設(shè)備的安全性以及預(yù)測可能被黑客入侵或利用的方式。如果安全領(lǐng)域?qū)δ赃€比較陌生,那么威脅建??赡軙?huì)是一個(gè)令您略感生畏的過程,因此Arm創(chuàng)建了三個(gè)完全免費(fèi)的威脅模型示例。

當(dāng)對設(shè)備及其所面臨的威脅進(jìn)行評(píng)估后,緊接著的一項(xiàng)重要的工作就是采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Wo(hù)您的設(shè)備。Arm建議使用分層安全法,使用正確的反制組合對您的設(shè)備實(shí)施不同層次的保護(hù)。

Arm擴(kuò)展了一系列IP以應(yīng)對所有類型的安全威脅,如上圖所示。當(dāng)物理攻擊被認(rèn)為具有足夠大的風(fēng)險(xiǎn)時(shí),您可以選擇使用具有緩解物理攻擊效果的處理器。 Cortex-M35P提供軟件隔離和物理安全相結(jié)合的解決方案,可幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的系統(tǒng)安全性,從而防御物理和軟件攻擊。您可能會(huì)決定需要使用硬件加速的加密機(jī)制來抵側(cè)信道攻擊(SCA) ——而CryptoIsland-300P和CryptoCell-312P正好可以在這方面提供幫助。

Arm Cortex-M35P的

1. 物理保護(hù)

當(dāng)受保護(hù)的資產(chǎn)價(jià)值足夠高時(shí),黑客就有足夠的動(dòng)機(jī)對設(shè)備采取物理攻擊。Cortex-M35P提供多個(gè)專門的組件以保護(hù)設(shè)備免受此類攻擊的侵?jǐn)_。

Cortex-M35P包含了多項(xiàng)防范物理攻擊的安全特性。其中“無差別時(shí)序”使得任何指令操作的周期數(shù)恒定,從而防止信息泄漏。用戶可以指定是否激活此項(xiàng)功能。

另一個(gè)例子是100%的奇偶校驗(yàn)覆蓋。處理器中的每個(gè)觸發(fā)器均使用可配置的奇偶校驗(yàn)進(jìn)行保護(hù),從而可檢測到隨機(jī)錯(cuò)誤或有目的的錯(cuò)誤注入。

2. 指令cache

集成cache提高了從嵌入式Flash取指令時(shí)的性能。

Flash通常無法提供RAM級(jí)別的訪問時(shí)間,這也是常見的性能瓶頸。該問題可通過激活可選的內(nèi)部cache得到解決。存儲(chǔ)在cache中的信息也會(huì)得到保護(hù)從而免受物理攻擊。

3. TrustZone:全系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)

TrustZone強(qiáng)化了系統(tǒng)中對信息安全敏感的功能的保護(hù)。它不僅提供了對代碼、內(nèi)存和I/O的軟件隔離,同時(shí)還滿足了嵌入式應(yīng)用的常見要求:實(shí)時(shí)、確定的響應(yīng),最小的上下文切換開銷以及系統(tǒng)要易于軟件開發(fā)。

搭載TrustZone的Cortex-M35P處理器具有兩種安全狀態(tài)——安全和非安全狀態(tài)以及一些與兩種狀態(tài)息息相關(guān)的特性如圖3所示:

圖3:Armv8-M額外的安全狀態(tài)

4. 用于任務(wù)隔離的內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)

軟件可靠性和系統(tǒng)安全性的提高可藉由限制每個(gè)模塊——使其僅被允許訪問完成功能所必需的特定存儲(chǔ)器區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。作為對TrustZone的補(bǔ)充,這種保護(hù)可防止意外訪問覆蓋關(guān)鍵數(shù)據(jù)。每個(gè)安全區(qū)域都可以擁有自己專用的MPU,并且這兩個(gè)MPU可以擁有完全不同數(shù)量的域(Region)。相對過去,新系統(tǒng)對域進(jìn)行編程也更為簡便,這集中表現(xiàn)在取消了“目標(biāo)地址必須對齊到2的整數(shù)次冪”的約束。

這一選配的MPU是可編程的,最多可分別為安全和非安全狀態(tài)提供16個(gè)域(Region)。在多任務(wù)環(huán)境中,操作系統(tǒng)可以在任務(wù)上下文切換期間重新編程MPU、更新不同任務(wù)的內(nèi)存訪問權(quán)限,例如,用戶任務(wù)可能被授予只能訪問某些應(yīng)用程序數(shù)據(jù)和特定外圍設(shè)備的權(quán)限。通過這種方式,MPU可以保護(hù)當(dāng)前任務(wù)所需資源以外的所有其它存儲(chǔ)器和外設(shè)免受破壞或未經(jīng)授權(quán)的訪問,從而顯著提高系統(tǒng)的可靠性。

存儲(chǔ)器區(qū)域設(shè)置更為簡便

Cortex-M35P內(nèi)部保護(hù)架構(gòu)是建立在“受保護(hù)的內(nèi)存系統(tǒng)架構(gòu)(protected memory system architecture, PMSA) ”v8版本基礎(chǔ)之上的。該版本采用“與基地址和終止地址比較”的方式來定義作用范圍,這與先前的存在“地址必須對齊到2的整數(shù)次冪”限制的方案不同。每個(gè)區(qū)域都由一個(gè)基本起始地址、結(jié)束地址、訪問權(quán)限和內(nèi)存屬性的設(shè)置組成。其結(jié)果是可以僅使用一個(gè)域(Region)就完成對目標(biāo)范圍的覆蓋,而不必像過去一樣必須使用多個(gè)對齊到不同尺寸的域(Region)連接在一起來實(shí)現(xiàn)。這極大的簡化了軟件開發(fā):減少了編程步驟和上下文的切換時(shí)間,從而鼓勵(lì)用戶相對過去更有意愿頻繁的使用MPU。

5. 可擴(kuò)展性的協(xié)處理器接口

對于特定應(yīng)用程序,專用計(jì)算可大有作為。在實(shí)現(xiàn)這一擴(kuò)展計(jì)算能力的同時(shí),保持世界領(lǐng)先生態(tài)系統(tǒng)的所有優(yōu)勢同樣至關(guān)重要——即開發(fā)工具、編譯器、調(diào)試器、操作系統(tǒng)和中間件的最廣泛選擇。

Cortex-M35P處理器包含一個(gè)可選的專用總線接口,用于集成緊耦合加速器硬件。對于頻繁使用的計(jì)算密集型操作,此接口提供了一種機(jī)制,通過自定義處理硬件來增強(qiáng)通用計(jì)算能力。最重要的是,它不會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)。該接口控制和數(shù)據(jù)信號(hào),支持多達(dá)8個(gè)協(xié)處理器,還可提供處理器特權(quán)和安全狀態(tài),以及指令類型、關(guān)聯(lián)的寄存器和操作字段的信息。

6. 數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing, DSP)擴(kuò)展

為了加速軟件開發(fā),Arm還在CMSIS項(xiàng)目中提供免費(fèi)的DSP庫。該庫包含一系列數(shù)字濾波器、轉(zhuǎn)換和數(shù)學(xué)函數(shù)(如矩陣),并支持一系列數(shù)據(jù)類型。CMSIS目是開源項(xiàng)目,開發(fā)版本通過GitHub發(fā)布。

可供選擇的整數(shù)DSP擴(kuò)展增加了85條指令。在大多數(shù)情況下,DSP指令平均可將程序性能提高三倍,從而提升以數(shù)字信號(hào)控制為核心的所有應(yīng)用程序的性能。

7. 單精度浮點(diǎn)單元(Floating Point Unit, FPU)

可選配的FPv5單精度浮點(diǎn)擴(kuò)展包括額外的16個(gè)64位寄存器。該擴(kuò)展增加了45個(gè)與IEEE754-2008兼容的單精度浮點(diǎn)指令。使用浮點(diǎn)指令通常會(huì)使平均性能比同等軟件庫提高10倍。FPU被包含在獨(dú)立的電源域中,允許在未啟用或未使用時(shí)關(guān)斷電。

總之,物理攻擊是對嵌入式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的幾種潛在攻擊之一。 Arm的PSA平臺(tái)安全架構(gòu)為設(shè)計(jì)人員在威脅建模過程中所需通過的安全級(jí)別進(jìn)行評(píng)估,以便采用適當(dāng)?shù)姆粗平M合。物理攻擊正變得愈發(fā)簡單和廉價(jià),因此先進(jìn)的芯片保護(hù)技術(shù)至關(guān)重要。然而,物理安全設(shè)計(jì)則通常較為復(fù)雜。

如今,Arm全新的物理安全I(xiàn)P套件可為任何開發(fā)人員提供市場適應(yīng)性。Arm Cortex-M35P處理器通過TrustZone技術(shù)和防篡改功能為軟件和物理攻擊提供了高效的安全解決方案。與Arm CryptoCell IP、Arm CryptoIsland IP或?qū)iT的定制加密解決方案相結(jié)合,并在Arm生態(tài)系統(tǒng)的支持下,任何嵌入式或物聯(lián)網(wǎng)解決方案的開發(fā)人員都可以確保已擁有強(qiáng)大的可信基礎(chǔ)來進(jìn)行安全的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施部署——因?yàn)槭袌鲞m應(yīng)性已成竹在胸。

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原文標(biāo)題:芯片,為什么要防物理攻擊?

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    IP地址欺騙是已現(xiàn)在十分常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊方式,會(huì)給個(gè)人、企業(yè)和國家?guī)砭薮箫L(fēng)險(xiǎn)。下文講解IP地址欺騙的本質(zhì)、工作原理和檢測防范方法。 ? IP地址欺騙是什么? IP地址欺騙是指攻擊者通過偽造IP地址
    的頭像 發(fā)表于 08-26 14:04 ?903次閱讀
    IP 地址欺騙:原理、類型與<b class='flag-5'>防范</b>措施

    芯片制造商Microchip遭網(wǎng)絡(luò)攻擊,運(yùn)營受創(chuàng)

    近日,美國知名芯片制造商Microchip(微芯)遭遇了一場突如其來的網(wǎng)絡(luò)攻擊,導(dǎo)致其信息技術(shù)系統(tǒng)遭受重創(chuàng),部分關(guān)鍵服務(wù)器和業(yè)務(wù)運(yùn)營被迫關(guān)閉,運(yùn)營規(guī)模被迫縮減。這一事件迅速引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。
    的頭像 發(fā)表于 08-22 15:12 ?848次閱讀

    IP 地址在XSS中的利用與防范

    ?隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和Web應(yīng)用的廣泛使用,跨站腳本攻擊(XSS)成為了網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域中的一個(gè)重要威脅。在XSS攻擊中,攻擊者常常會(huì)巧妙地利用各種元素,包括用戶的IP地址,來實(shí)現(xiàn)其惡意目的。 跨站腳本
    的頭像 發(fā)表于 08-07 16:43 ?568次閱讀

    IP 地址在 SQL 注入攻擊中的作用及防范策略

    數(shù)據(jù)庫在各個(gè)領(lǐng)域的逐步應(yīng)用,其安全性也備受關(guān)注。SQL 注入攻擊作為一種常見的數(shù)據(jù)庫攻擊手段,給網(wǎng)絡(luò)安全帶來了巨大威脅。今天我們來聊一聊SQL 注入攻擊的基本知識(shí)。 SQL 注入攻擊
    的頭像 發(fā)表于 08-05 17:36 ?644次閱讀

    淺談PUF技術(shù)如何保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)

    。 利用芯片物理特征的高熵特性,PUF可生成高強(qiáng)度的安全密鑰。結(jié)合程序加密、代碼混淆和完整性保護(hù)等手段,PUF可以對核心程序和代碼邏輯進(jìn)行保護(hù),從而有效地防止反向工程攻擊。PUF密鑰與硬件
    發(fā)表于 07-24 09:43