應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，Microchip提供安全穩(wěn)健的端云一體方案

據(jù)IoT Analytics最新報(bào)告，2021 年全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量增長(zhǎng)了 8%，達(dá)到 122 億個(gè)活動(dòng)端點(diǎn)。2022 年全球聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量增長(zhǎng) 18%，達(dá)到 144 億個(gè)端點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)前景廣闊，但當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)方案復(fù)雜度和安全要求也越來越高，絕不是5年前、10年前的物聯(lián)網(wǎng)方案所能比擬。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需求如何？如何打造智能和安全的物聯(lián)網(wǎng)連接方案？帶著這些問題，我們有幸采訪到了Microchip Technology Inc.全球市場(chǎng)主管Mike Ballard，他針對(duì)這些話題進(jìn)行了深入的分享。

圖：IoT Analytics 2022年春季IoT市場(chǎng)報(bào)告

物聯(lián)網(wǎng)新階段：5G助力IoT垂直應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展

據(jù)Mike Ballard介紹，物聯(lián)網(wǎng)不再是10年前的新興市場(chǎng)；它現(xiàn)在擁有許多大型、持續(xù)的市場(chǎng)，包括家庭自動(dòng)化和消費(fèi)類設(shè)備。然而，隨著這些市場(chǎng)的變化和發(fā)展，它們需要更先進(jìn)的互聯(lián)系統(tǒng)，這就推動(dòng)了新型產(chǎn)品和新興產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。由于各種外部因素（例如缺乏可用的勞動(dòng)力、在醫(yī)療領(lǐng)域接受遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用以及工業(yè)機(jī)器人、電動(dòng)汽車和智慧農(nóng)業(yè)等自主設(shè)備的進(jìn)步）的推動(dòng)，市場(chǎng)比以往任何時(shí)候都更快地采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

圖：Microchip全球市場(chǎng)主管Mike Ballard

我們知道作為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)就是連接。5G 可實(shí)現(xiàn)更快、更穩(wěn)定和更安全的連接，從而推動(dòng)從自動(dòng)駕駛汽車到可再生能源智能電網(wǎng)，再到工廠車間支持 AI 的機(jī)器人等一切事物的發(fā)展。隨著5G基礎(chǔ)設(shè)施的全面落地，5G在IoT垂直應(yīng)用上將發(fā)揮巨大的作用。當(dāng)前在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，對(duì)于5G的需求更多是為了提升移動(dòng)通信帶寬，而在像印度、越南等國(guó)，在今明兩年將會(huì)大規(guī)模地進(jìn)行5G基礎(chǔ)設(shè)施的鋪設(shè)，為的是借助5G低延時(shí)的連接特性，在垂直領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)萬物互聯(lián)。

圖：5G的普及將大大推動(dòng)IoT的市場(chǎng)擴(kuò)展

為了優(yōu)化性能，5G 獨(dú)特的架構(gòu)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)允許運(yùn)營(yíng)商將帶寬專用于具有共同需求的特定用例。換句話說，可以創(chuàng)建多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，通過公共網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供為特定服務(wù)或客戶群定制的能力和功能。這使得為提供自動(dòng)駕駛和簡(jiǎn)單跟蹤解決方案的客戶提供服務(wù)和滿足 SLA 變得更加容易和最具成本效益。虛擬網(wǎng)絡(luò)（5G 切片）是為特定的物聯(lián)網(wǎng)用例量身定制的。

除了速度之外，5G 的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是延遲顯著降低。5G 網(wǎng)絡(luò)的延遲為 1-10 毫秒，而 4G 為 50 毫秒。將其置于現(xiàn)實(shí)世界中，人眼看到的圖像被大腦處理需要 10 毫秒。所以，5G可以比人腦還快！低延遲對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車、AI 輔助智能醫(yī)療設(shè)備和制造機(jī)器人等應(yīng)用至關(guān)重要，在這些應(yīng)用中，毫秒級(jí)可以真正消除災(zāi)難。

5G正在釋放一個(gè)龐大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，其中網(wǎng)絡(luò)可以為數(shù)十億連接的設(shè)備提供服務(wù)，并在速度、延遲和成本之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋?quán)衡。

圖：Microchip的5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)評(píng)估套件

碎片化端側(cè)和與云服務(wù)結(jié)合：端云一體的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)

隨著連接節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和種類增多，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)安全可靠的端、云一體的IoT方案，這給工程師帶來了不小的挑戰(zhàn)。據(jù)Mike Ballard分享，由于物聯(lián)網(wǎng)兼具嵌入式領(lǐng)域和IT領(lǐng)域的特性，因此，創(chuàng)建穩(wěn)健的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)可能會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜。在實(shí)現(xiàn)新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，有幾項(xiàng)挑戰(zhàn)必須面對(duì)。一是在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)所需的互聯(lián)性和安全性方面，大多數(shù)嵌入式工程師沒有IT領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)。二是對(duì)于嵌入式工程師而言，設(shè)置和保護(hù)云服務(wù)器或云服務(wù)所需的專業(yè)知識(shí)也并不簡(jiǎn)單。

而Microchip在嵌入式和IT這兩個(gè)領(lǐng)域的互聯(lián)方面，擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的物聯(lián)網(wǎng)合作伙伴可以為客戶提供專業(yè)知識(shí)。 Microchip一直是這些領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，通過成熟的開發(fā)工具、參考設(shè)計(jì)以及與Microsoft Azure和Amazon AWS的合作伙伴關(guān)系，幫助客戶應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

圖：Microchip和AWS合作提供端云一體IoT方案

IoT的碎片化應(yīng)用，使其并不能形成一個(gè)簡(jiǎn)單的統(tǒng)一的端云一體方案。不同的端側(cè)硬件和不同的云服務(wù)組合，才能構(gòu)建出合適的方案。為了能夠創(chuàng)建智能、連接和安全的設(shè)計(jì)，Microchip擴(kuò)大了與亞馬遜云服務(wù) (AWS) 的合作，以支持從節(jié)點(diǎn)到云端的云連接嵌入式系統(tǒng)。Microchip提供了多種不同的產(chǎn)品來支持AWS，使工程師能夠靈活地選擇最能滿足其系統(tǒng)需求的部件和平臺(tái)；在云服務(wù)方面，Microchip支持 Amazon Greengrass、FreeRTOS 和 AWS 物聯(lián)網(wǎng) (IoT)；在開發(fā)鏈方面，Microchip提供快速開發(fā)安全的云連接系統(tǒng)所需的所有組件、工具、軟件和支持，從而降低工程師的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)間成本。

圖：支持AWS的Microchip硬件開發(fā)平臺(tái)

除了AWS外，Microchip還和微軟Azure云服務(wù)展開合作，為工程師提供從芯片到開發(fā)工具甚至示例代碼的一切，因此即使開發(fā)者沒有專業(yè)知識(shí)，也可以快速進(jìn)入IoT市場(chǎng)。雖然連接到云會(huì)帶來固有的安全風(fēng)險(xiǎn)，但Microchip的解決方案包含Azure認(rèn)證的安全功能，從而實(shí)現(xiàn)客戶的品牌、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、收入和客戶等信息的保護(hù)。

圖：經(jīng)過Azure認(rèn)證的Microchip開發(fā)板

構(gòu)建連接的基石：安全I(xiàn)oT設(shè)計(jì)

提到連接，安全是基礎(chǔ)。而且隨著當(dāng)前IoT設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，安全應(yīng)該在設(shè)計(jì)之初就考慮進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)硬件的安全，而不是在設(shè)計(jì)完成之后再去考慮是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

Mike Ballard表示，保護(hù)客戶的專有設(shè)計(jì)、信息、軟件和訪問安全是所有物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員的首要關(guān)注點(diǎn)。安全不是單一的形式，而是一種端到端的原則，必須在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中不斷完善。從確保軟件不被破壞的安全引導(dǎo)技術(shù)到確保OEM知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被竊取的IP保護(hù)，到防止數(shù)據(jù)落入不法分子之手的安全通信，再到安全訪問控制，Microchip提供了當(dāng)今業(yè)界最豐富的安全解決方案，這在所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中都至關(guān)重要。

圖：構(gòu)建完整的安全系統(tǒng)

連接對(duì)于每個(gè) IoT 應(yīng)用都至關(guān)重要，同時(shí)連接也必然會(huì)帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。無論是傳輸敏感的醫(yī)療數(shù)據(jù)，還是在工業(yè)應(yīng)用中驗(yàn)證新節(jié)點(diǎn)，所有連接都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)面臨潛在的安全漏洞。 如果沒有適當(dāng)?shù)陌踩蜕矸蒡?yàn)證系統(tǒng)，客戶可能會(huì)在不知不覺中暴露在黑客或勒索軟件攻擊之下。

Microchip提供了完全的安全硬件產(chǎn)品組合，包括安全 IC 、以安全為中心的微控制器 (MCU)和微處理器 (MPU) 、具有集成HSM的安全dsPIC33 DSC、以及安全的FPGA和SoC FPGA。在完備安全產(chǎn)品組合的基礎(chǔ)上提供了一系列完整的功能，其中包括：安全安全啟動(dòng)，使用硬件信任根來確保應(yīng)用程序在啟動(dòng)時(shí)的軟件完整性；安全驗(yàn)證，為實(shí)體提供唯一且可驗(yàn)證的身份；安全通訊，支持傳輸通過身份驗(yàn)證和加密的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；安全編程/調(diào)試，控制對(duì)系統(tǒng)物理接口的訪問；資產(chǎn)保護(hù)，防止未經(jīng)授權(quán)訪問密鑰、證書和IP等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；設(shè)備生命周期管理，管理安全密鑰并監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)免受威脅。

值得一提的是Microchip的CryptoAuthentication系列，可以提供基于硬件的安全存儲(chǔ)，有效地防止未經(jīng)授權(quán)的用戶看到密鑰。這種小型、功耗極低的安全元件可與任何MCU)或MPU配合使用，物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 節(jié)點(diǎn)提供靈活的安去解決方案。ATECC608B 就是還系列的一款特色產(chǎn)品，具有先進(jìn)的橢圓曲線加密（ECC）功能。Microchip ATECC608B 集成了 ECDH（橢圓曲線 Diffie Hellman）安全協(xié)議，這是一種超安全方法，可為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)中的加密/解密提供密鑰協(xié)議，以及 ECDSA（橢圓曲線數(shù)字簽名算法）簽名驗(yàn)證。與所有 Microchip CryptoAuthentication 產(chǎn)品類似，新型 ATECC608A 采用基于硬件的超安全加密密鑰存儲(chǔ)和加密對(duì)策，可消除與軟件弱點(diǎn)相關(guān)的潛在后門。

圖：Microchip CryptoAuthentication 系列特色產(chǎn)品

結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)雖然十年前就已經(jīng)出現(xiàn)，但經(jīng)久不衰。隨著當(dāng)前5G基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，未來AI和ML將會(huì)在邊緣端發(fā)揮更大的作用。物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)也不再是傳統(tǒng)的技術(shù)和芯片所能夠支持的，安全和連接的要求也在逐步提高。但同時(shí)我們也看到，像Microchip這樣的芯片廠商，已經(jīng)不單單是一個(gè)芯片的提供商，而是提供了完整端云一體的設(shè)計(jì)方案，大大簡(jiǎn)化了客戶的開發(fā)時(shí)間。作為新時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)者，則可以將更多的精力放在自己關(guān)注和擅長(zhǎng)的不同應(yīng)用特色上，構(gòu)建差異化定制化的特性。物聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)爆發(fā)時(shí)代，或許已經(jīng)到來。