现实世界中的嵌入式安全

您也必须保护系统的完整性，防止系统运行中受到流氓固件的攻击，这些流氓固件可绕过加密，篡改数据或向未经授权的接收端发送数据。系统完整性的最好保护是，利用哈希算法检测固件内未经授权的改变，并采取相应措施。

哈希算法生成一种被称为给定信息摘要的压缩指纹。就像人类的指纹一样，这个摘要是唯一的。被广泛采用的著名的安全哈希算法（SHA）就是一个哈希算法的范例。为检测固件篡改，在使用中，您需要定期地产生它的现场摘要，并与出厂时生成的参考进行比较。您也许已经在问，是什么能保证任何人都无法伪造摘要或参考。

我们的做法是，我们需要保证摘要和它的参考不被伪造。在输入哈希算法生成出厂参考之前，我们通过向固件中追加一条任意长度的附加信息的办法实现这一点。如果您保证附加信息是保密的，那么，只有您才能够重新生成相同的摘要，这就是您能保证摘要不被伪造的方法。

在使用中，保证参考不被现场伪造的方法是：将它存储在安全存储器中。若要知道摘要没有被伪造这一事实，必须进行身份验证，本例中，要实现这一点，需要知道嵌入在安全集成电路中的密钥。

所以，加密仅仅是对数据加扰而已，与此相比，身份认证是安全系统的真正基础。明白了这一点，值得注意的是：哈希密码算法本身很适合身份认证，这是由于好的哈希算法必须具有3个基本特征。

首先，它们的运算是不可逆的。这意味着，不可能从摘要中恢复出原始信息，所以，私密信息是安全的。第二点是非冲突性，即各种不同的输入必须生成独一无二的摘要。在验证时，唯一的摘要可提升对固件完整性的信任。第三个同时也是最终的性质被称为雪崩，是指哈希算法输入的任何改变，无论多么小，都会产生摘要的显著变化。

存在一些经过仔细分析的公开方法，这些方法可允许使用加密算法，以实现传统上由哈希算法实现的功能。这类系统可同时实现身份验证和加密。同样，加密算法本身很适合数据加扰，由它们所带来的安全性与密钥一样强大。哈希算法的身份认证特点具有互补性，可实现安全系统中密钥的安全管理。

不同的密码算法可保护系统的不同层面的安全，在对它们的微妙作用、强度、差异和相互影响有了清晰的了解之后，就可以使用更少的算法组合来实现牢靠的安全性能。对于像我们所面临的这样的挑战而言，这尤其重要，因为我们的代码空间十分有限。

配套的安全集成电路
对于您的任务而言，您需要固件空间以及来自防篡改和侵入的安全集成电路的资源。可以通过配套的安全集成电路来解决这一问题。这些安全集成电路与安全MCU一样，具有硬件防篡改和侵入的功能，但做了一些简化，可为各种具体应用提供相应的功能，因而成本更低。

图2 作为配套的安全装置的集成电路很小，成本较低，需要非常少的系统资源，但却可提供与安全MCU相同的物理保护

在我们的例子中，配套的安全集成电路将保护和管理密钥，以对由加密所带来的安全性进行互补。它们也可进行各种类型的身份认证，能够实现系统完整性验证。它们还可实现许多其他功能，包括安全存储以及可信固件的现场升级。通过提供智能和易用的API，它们可实现这一点，因此，使用配套的安全集成电路不需要深入掌握密码学，也无须较多代码空间。

这与那些提供处理和存储功能的安全MCU不同，因此，您可将所有需要的函数写入固件里，而配套的安全集成电路中的函数是硬连线的，使得它们很紧凑，因而成本更低。Atmel系列“加密认证”产品就是一个例子。通过采用这些低成本（大量购买时的单价为0.5美元）的集成电路芯片，可以在已有平台上编写代码并追加在这个小小的额外固件上。