物联网设备面临的安全威胁分析

访问控制：物联网设备对试图访问数据资产的所有参与者（人或机器）进行身份验证。防止在未经授权的情况下访问数据。防御欺骗和恶意软件威胁，即攻击者对固件进行修改或安装过时的缺陷版本。

安全存储：物联网设备维护数据资产的机密性（根据需要）和完整性。防御篡改威胁。

固件真实性：物联网设备在启动和升级之前对固件的真实性进行验证。防御恶意软件威胁。

通信：物联网设备对远程服务器进行身份验证，提供机密性（根据需要），并维护交换数据的完整性。防御中间人攻击（MitM）威胁。

安全状态：即使固件完整性和真实性验证失败，仍确保设备保持安全状态。防御恶意软件和篡改威胁。

安全需求

在这一方面，分析提供了数据资产、威胁和安全目标的逻辑连接模型。根据这张图，可以编译出安全MCU所需的功能或特性列表。当然，这个列表也可以用作特定物联网设备应用解决方案的实现标准。

生命周期至关重要

请注意，安全目标的要求可能会根据物联网设备的生命周期阶段（设计、制造、库存、最终使用和终止）而变化，也应予以考虑。

现在可以对这个示例进行分析：

每种数据资产都将具备与其相关联的安全属性：

注释：

1. 在隔离执行环境中理想地以TA形式实现

2. C = 机密性，I = 完整性，A = 真实性

3. SEF = 安全元件功能

4. Dead = 非操作状态下的安全MCU

选择正确的MCU

通过分析，以下是MCU所需安全功能的总结：

可信应用的隔离执行环境：虽然前面的分析侧重于安全数据资产，但每个物联网设备也有包含非安全数据资产的非安全任务/应用。MCU应提供一种强大的方法，对非安全处理和安全处理进行隔离。这一概念机场类似：登机区是安全且隔离的。只允许通过身份验证的个人在安全区域内进行操作（如登机）。MCU必须在非安全和安全的执行环境之间提供强大的、基于硬件的隔离。

安全元件功能：在隔离执行环境中，要存储数据资产，需要完成进一步的隔离，如对安全性至关重要的加密密钥。继续与机场进行类比，每名乘客都持有有效证件。MCU必须为信任根存储和相关安全服务提供进一步隔离。

加密：首选带有专用硬件加速器块和受控访问的MCU。加速器块有助于提高性能。加速器块的访问控制（隔离）有助于防止未经授权的程序访问，确保加密密钥保持在安全的环境中。

数字签名：数据资产的真实性和完整性可以通过使用数字签名算法（如ECDSA和RSA）进行评估。MCU固件是数字签名最常见的用例。MCU应提供基于硬件的散列和签名支持，以便在加载之前对固件镜像进行评估。

eFuses：对于保障设计的安全来说，不可变数据资产至关重要。它们通常用作系统行为的参考。典型示例包括生命周期名称、唯一标识符（UID）、制造商编号以及在物联网设备的生命周期中持续存在的其他参考。

结论

本文提出了一种分析方法，用于确定安全物联网设备的需求。通过创建模型，将数据资产、其面临的威胁以及防御这些威胁的安全目标逻辑连接，可以导出一个需求列表，该列表可以用作解决方案的实现标准。

绝大多数物联网设备将建立在基于MCU的嵌入式系统上。这种发展机遇将催生出一类新型MCU，它们可提供安全特性和功能，用来维护数据资产的安全属性。赛普拉斯的PSoC 6安全MCU是此类新型MCU的先驱之一。PSoC 6 MCU架构专为物联网设备应用而设计，提供了能够延长电池使用寿命的超低功耗、高效的处理能力，以及可支持安全目标的硬件安全功能：

隔离执行环境：通过采用硬件隔离技术，PSoC 6安全MCU将安全操作与非安全操作隔离开来：

●   可配置保护单元用于隔离内存、加密和外设

●   在Arm Cortex-M4和Cortex-M0+内核之间提供处理器间通信（IPC）通道，为基于API的独立交互提供支持

●   理想适用于支持物联网设备安全目标的可信应用

集成安全元件功能：PSoC 6中的硬件隔离技术支持独立的密钥存储和加密操作，除了隔离执行环境以外，还提供安全元件功能。

●   理想适用于安全密钥存储

●   支持预安装信任根，方便使用信任链来锚定安全启动

隔离硬件加速加密操作：包括AES、3DES、RSA、ECC、SHA-256和SHA-512以及真随机数发生器（TNRG）。

生命周期管理：在发生安全错误（如固件散列检查失败）时，基于eFuse的生命周期管理功能有助于确保安全行为。

丰富的执行环境	隔离执行环境
Arm Cortex-M4	Arm Cortex-M0+
图2：PSoC 6安全MCU提供三级隔离

随着低成本、易于设计且方便使用的无线云连接日益普及，物联网设备也将实现爆炸性增长。嵌入式系统发送和接收数据的能力是实现智能化的基本推动因素。不幸的是，这种能力也给物联网设备产生的高价值数据带来了巨大威胁。数据越有价值，物联网设备就越需要具备安全功能以为这些数据提供保护。诸如赛普拉斯的PSoC 6 MCU这样的安全MCU解决了安全物联网设备的相关需求。