从边缘到云端，如何确保物联网安全？

本文是物联网安全系列中的第二篇。之前我们在推文“家用摄像头被黑何解？物联网安全有它保驾护航”中谈到，不具备嵌入式安全功能的新型“智能”物联网设备，将给用户的数据安全带来风险。目前，物联网设备制造商所面临的主要挑战，就是在“资源受限”的产品中纳入高标准的安全功能。

如今应用于物联网的边缘设备不仅必须同时满足功耗、价格和处理能力等多方面要求，还需要提供与电脑、智能手机和汽车同等的高性能处理器的安全水平。

如何在连接云的物联网边缘设备中，实现互联网的安全级别，同时保持其价格竞争力呢？答案就在于安全微控制器（Secure MCU）。

如今的Secure MCU可以帮助物联网设备制造商设计出符合最新安全法规和要求的产品。这些设备具有预先配置的硬件信任根，能够提供连网配置服务，并在内部执行安全隔离，即使某个区域受到破坏侵入，也能够确保设备整体的安全性。

此外，Secure MCU还采用硬件加速的加密技术，其随机数生成（TRNG）功能可在设备内部生成随机密钥。这些功能对于执行必要的安全操作（如安全启动和证明）不可或缺，同时也符合FIPS 140-2的1级安全要求。

硬件信任根：

正如人们使用身份证、独特的生物特征和密码来保护交易一样，所有连接云的设备也需要独有的硬件信任根来进行自我证明。信任根就是设备的身份，与设备的所有者进行绑定。Arm平台安全架构（PSA）推荐使用eFUSES以及使用PUF物理不可克隆功能“数字指纹”等技术。

硬件信任根是计算系统执行所有安全操作的基础，它包含用于加密功能的密钥，并可实现安全启动。硬件信任根是自身可信任的，因此必须在设计上确保其安全。不同的硬件信任根可以支持不同的应用程序，同时绑定不同的应用使用者。信任根的使用，包括安全启动（启动后进入一种安全和受信的状态）、安全固件更新、证明以及基于硬件的传输层安全（TLS）。

硬件信任根通常以加密密钥的形式出现，必须进行逻辑和安全存储，并用于安全处理环境。

安全启动

安全启动是指 MCU 启动后进入一种预设的可受信的运行状态，即要求在系统开启时，每一次启动代码，都要先验证下一级代码，然后才可以运行。信任根验证初始启动步骤，而后每个后续步骤则需要验证下一层固件，直到整个应用程序运行为止。

固件更新

安全固件的更新，对于修复错误和已知安全漏洞非常重要。它对于保护应用程序的IP也起到关键作用。

基于硬件的TLS

仅基于软件的传输层安全（TLS）有可能暴露密钥，而基于硬件的TLS则要安全得多。TLS是用于网络数据传输（尤其是Wi-Fi）的通用协议，可对数据进行加密。用于此类加密的密钥需要被安全地存储于芯片中，并且加密处理也在安全处理环境中进行。

证明

远程证明是一种验证方法，边缘设备（客户端）通过这种方法向远程主机云平台（服务器）验证其硬件和软件配置，或者反向进行。通过远程证明的方式，使智能设备终端能够确认设备的可信程度。

安全密钥存储

在MCU中以逻辑安全的方式存储密钥至关重要。这不仅要求对密钥进行隔离，避免通过通信协议栈所在的非安全处理环境进行访问，并且也是对于安全处理环境下的不同受信应用程序，在不同密钥集之间实现隔离。Trusted Firmware-M（TF-M）提供了一个安全分区管理器，以管理安全处理环境的安全操作系统。

连网配置

大多数安全半导体芯片产品（例如用于支付卡或SIM卡）都在工厂进行批量配置。因此，客户下达的订单无法撤销，并且通常对于最低订购量有所要求。不过，这种模式正在发生改变，中小型物联网设备制造商现在可以充分利用连网配置，而无需受限于供应链要求。

安全和非安全处理隔离

将密钥存储、加密操作以及其他安全应用程序，与通信协议栈实现隔离，对于MCU来说至关重要。为此，Secure MCU必须同时提供安全处理环境和非安全处理环境。可以通过两种方式实现安全处理环境和非安全处理环境的隔离，一是虚拟化单个内核，另一种是采用两个彼此分离的内核，在这两个内核之间通过IPC进行通信。

PSoC 64® Standard Secure AWS解决方案

基于Arm® Cortex®-M的MCU行业拥有多个开源社区，可以创建相关固件来支持安全设备的核心功能。TF-M.org和Linaro便是这样的两个社区。基于PSoC 64产品系列，英飞凌在这些开源社区中发挥重要作用。PSoC 64 Standard Secure AWS解决方案是PSoC 64系列的重要部分，它整合开源安全软件与Amazon® FreeRTOS，能够实现开箱即用。

PSoC 64 Standard Secure AWS解决方案拥有极其强大的后盾，包括：严格的Amazon认证流程，来自于英飞凌、Arm和亚马逊的成熟代码库，FreeRTOS.org的Free RTOS内核，Amazon IoT Device Defender服务，以及便捷的证书管理系统。这种预集成的解决方案具有多重优势，包括降低风险、节省成本和加速产品上市。

联网设备通常面临安全威胁。政府和行业已通过立法和标准来降低相关风险。在低成本、资源受限的设备中，实现联网级别的安全性，尽管颇具挑战性，但并非无法实现。Secure MCU制造商、开源固件和云技术提供商，正在共同应对这一挑战。英飞凌与AWS携手合作，通过适用于生态系统设备端和云端的产品，为需要连接AWS服务的物联网设备提供安全连接支持，从而极大简化开发者的工作。

来源：Cypress赛普拉斯半导体