需要保護物聯(lián)網(wǎng)（IoT）免受各種形式的濫用。這些不僅包括金融欺詐和知識產(chǎn)權(quán)盜竊等熟悉的威脅，還包括對實物資產(chǎn)的破壞。預計未來幾年加入物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)十億連接設備中的許多將與交通信號或街道照明，工業(yè)控制，發(fā)電，智能電網(wǎng)管理，家庭能源和安全等重要流程的安全機制等系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)?；蜻B接的汽車。攻擊者可能會試圖禁用或接管此類設備，可能會造成廣泛的破壞和不便，或者通過造成尷尬，聲譽損害甚至身體傷害來攻擊特定個人或組織。這些漏洞可能僅僅是出于娛樂，個人原因，商業(yè)利益，或出于政治目的和/或恐怖主義而發(fā)起。

物聯(lián)網(wǎng)設備的安全威脅

物聯(lián)網(wǎng)設備旨在自主運行。許多人長時間無人看管，有時甚至是整個工作生涯。網(wǎng)絡連接使設備容易受到遠程攻擊，遠程攻擊可以從幾乎任何地理位置快速啟動，而不必克服諸如圍欄，鎖定的機箱或保安等物理障礙。可以將攻擊定向到設備本身，或?qū)⑵溆米髟L問連接到同一網(wǎng)絡的其他資產(chǎn)的手段，例如包含帳戶持有者信息或知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)存儲。

On另一方面，物聯(lián)網(wǎng)端點通常需要是簡單，低成本，低功耗的設備，旨在使用最少的資源完成其預期的任務。因此，實現(xiàn)復雜安全性所需的處理能力和能量不可用。與諸如臺式計算機之類的機器的情況不同，通常不存在用于輸入諸如用戶名和密碼之類的憑證的人，作為允許設備啟動并建立連接的認證。但是，該設備必須能夠抵御各種類型的攻擊，并自我驗證并自動向網(wǎng)絡上的其他設備提供其憑據(jù)。

如果設備無法執(zhí)行這些功能，攻擊者可能能夠刪除或禁用應用程序軟件，更改代碼或用流氓軟件替換合法應用程序?；蛘撸麄兛赡軙噲D竊聽數(shù)據(jù)交換。需要采用一系列安全原則和技術(shù)來幫助克服這些威脅，但所有這些都需要在小型且資源受限的嵌入式系統(tǒng)中使用。除了已建立的安全實踐，例如最小化網(wǎng)絡設備的訪問權(quán)限，適當?shù)姆阑饓土髁勘O(jiān)控;這些包括軟件的數(shù)字簽名，使用安全密鑰的數(shù)據(jù)加密，以及為連接的設備建立強大的身份。

驗證軟件的真實性

數(shù)字簽名提供了一種驗證軟件以驗證其來源的方法并防止未經(jīng)授權(quán)的改動。軟件發(fā)行商可以獨立簽署軟件，也可以在提供簽名實用程序，證書和密鑰管理等服務的第三方證書頒發(fā)機構(gòu)（CA）的支持下簽名。

為了對軟件進行數(shù)字簽名，發(fā)布者使用散列算法創(chuàng)建代碼的散列。哈希僅在一個方向上工作，這可以防止黑客對流程進行逆向工程，從偽造的代碼中生成相同的哈希。然后使用分配給發(fā)布者的私鑰加密哈希。代碼，其加密的哈希值和發(fā)布者的簽名證書一起分發(fā)。

最終用戶使用發(fā)布者的公鑰解密哈希，該公鑰作為簽名證書的一部分包含在內(nèi)，并對接收到的代碼進行哈希處理使用發(fā)布者選擇的散列算法。如果兩個哈希值匹配，則可以假定代碼是真實的并且未經(jīng)更改。圖1說明了用于驗證代碼真實性的散列和比較過程。

圖1：證書頒發(fā)機構(gòu)管理證書并提供簽名軟件的工具。/p>

數(shù)字簽名允許物聯(lián)網(wǎng)設備在啟動時驗證軟件的真實性和完整性，從而實現(xiàn)安全啟動：設備將僅加載由授權(quán)發(fā)布者簽名的真正未經(jīng)更改的軟件，從而創(chuàng)建信任基礎。系統(tǒng)還可以驗證數(shù)字簽名的軟件，例如通過網(wǎng)絡接收的更新或補丁。

數(shù)據(jù)加密

使用公鑰和私鑰的組合進行加密還可以防止竊聽者從截獲的數(shù)據(jù)傳輸中收集情報。公鑰和私鑰系統(tǒng)為發(fā)送加密數(shù)據(jù)和防止密鑰攔截的挑戰(zhàn)提供了解決方案。接收設備具有其自己的私鑰，其在制造時被牢固地嵌入。同時，使用單向進程從私鑰導出公鑰，該進程防止在公共密鑰被截獲時私鑰被泄露。當發(fā)送設備向收件人發(fā)送數(shù)據(jù)時，它使用該收件人的公鑰來加密數(shù)據(jù)。這種加密數(shù)據(jù)可以安全地通過網(wǎng)絡傳輸，并且只能使用安全存儲在接收端的私鑰解密。圖2顯示了在通過開放信道傳輸時密鑰如何用于保證信息安全。

公鑰基礎結(jié)構(gòu)（PKI）由處理密鑰生成和分發(fā)的獨立第三方組織維護，并將公鑰綁定到各自用戶的身份。

圖2：使用公鑰和私鑰進行數(shù)據(jù)加密和解密。

維護強身份

物聯(lián)網(wǎng)設備還需要能夠在連接到網(wǎng)絡時進行身份驗證。這相當于輸入用戶名和密碼以手動登錄到在線帳戶。

設備需要一個高效的安全處理器來存儲其身份并處理身份驗證，并存儲公共和私有加密密鑰，以及存儲密鑰并運行散列算法以驗證軟件簽名，以便能夠驗證軟件簽名。

芯片中的嵌入式安全性

可信平臺模塊（TPM）已發(fā)展為提供安全性用于密鑰和數(shù)據(jù)存儲以及執(zhí)行安全算法的環(huán)境。這些設備包含運行安全操作系統(tǒng)的安全處理器，以及安全存儲和其他資源，如隨機數(shù)生成器和基于硬件的加密引擎（圖3）。額外的安全電路可防止物理攻擊。安全操作系統(tǒng)的細節(jié)是故意保密的，以防止?jié)撛诘暮诳蛯W習發(fā)起攻擊所需的信息。 TPM通常用于商用級IT設備，如臺式PC。另一方面，Atmel/Microchip AT97SC3205T等器件專為嵌入式應用而設計，可用于各種類型的物聯(lián)網(wǎng)設備。

圖3：Atmel AT97SC3205T嵌入式TPM集成了用于安全處理和密鑰存儲的資源。

AT97SC3205T符合可信計算組（TCG）TPM版本1.2規(guī)范。設備通常以合規(guī)模式交付，使制造商能夠立即開始測試TPM。由于TPM嵌入到物聯(lián)網(wǎng)設備中，因此應將其更改為實模式以永久設置標志，并允許生成唯一的私有和公共認可密鑰（EK）對，以用于需要簽署其他組件使用的數(shù)據(jù)的事務。認可密鑰的私有部分在TPM內(nèi)保密，其他組件使用公共部分來驗證來自TPM的數(shù)據(jù)的真實性。生成EK對可能需要幾秒鐘。為簡化制造并縮短設備初始化所需的時間，可根據(jù)需要以實模式交付設備。在這種情況下，EK對由Atmel預先生成。

TPM_Startup（ST_CLEAR）

傳入的操作數(shù)和大?。?/p>

00 C1 00 00 00 0C 00 00 00 99 00 01

tag 2 Bytes，Offset 0:00 PM

paramSize 4 Bytes，Offset 2：00 00 00 0C

ordinal 4 Bytes，Offset 6:00 00 00 99

startupType 2 Bytes，Offset 10:00 01

<代碼>

<代碼>

<代碼> TPM_Startup（ST_CLEAR）

<代碼>傳出操作數(shù)和大小：

00 C4 00 00 00 0A 00 00 00 00

tag 2 Bytes，Offset 0:00 C4

paramSize 4 Bytes，Offset 2:00 00 00 0A

returnCode 4 Bytes，Offset 6： 00 00 00 00 [TPM_SUCCESS]

清單1：初始化TPM的示例啟動命令。

通過啟動設備并發(fā)送TPM啟動命令（清單1），TPM可以完全運行，以準備設備進行配置。配置涉及根據(jù)預期應用設置永久性標志。 Atmel發(fā)布了一個樣本制造序列，用于設置TPM標志，如清單2所示。

合規(guī)模式：已清除

physicalPresenceHWEnable：False

physicalPresenceCMDEnable：True

physicalPresenceLifetimeLock：True

認可密鑰對：生成

啟用/禁用：禁用

激活/取消激活：激活直到下一次重置，

在下次上電或復位時被禁用。

物理存在：不存在

NV_Locked True

清單2：TPM標志設置示例。

示例中的物理存在設置旨在永久禁用硬件訪問，并防止軟件在無意或故意更改設置時失去對設備的控制。設置NV_Locked = True可防止未經(jīng)授權(quán)訪問用戶可訪問的非易失性存儲器，只應在制造商不再需要訪問非易失性存儲器后設置。

結(jié)論

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，對公眾來說，它變得越來越現(xiàn)實，保護數(shù)十億遠程連接對象免受網(wǎng)絡攻擊的重要性日益明顯。

可信平臺模塊（提供驗證系統(tǒng)硬件和軟件所需的安全資源的TPM是適用于嵌入式應用的小型低功耗設備。結(jié)合密鑰管理和設備簽名服務，他們可以提供高效的基于硬件的安全解決方案。