制定防篡改保護(hù)無(wú)線硬件

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制定防篡改保護(hù)無(wú)線硬件

從智能卡智能電表，有許多不同的方式在無(wú)線節(jié)點(diǎn)可以在物聯(lián)網(wǎng)的攻擊。本文著眼于設(shè)備免受各種篡改的方式，從惡意代碼到物理差分功率分析(DPA)和方法設(shè)計(jì)人員可以防止他們的，包括設(shè)計(jì)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)物理不可克隆功能(PUF)。

保護(hù)信息的安全性是在推出物聯(lián)網(wǎng)(IOT)的主要挑戰(zhàn)之一。無(wú)線通信是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)在這的推出，使傳感器和控制節(jié)點(diǎn)，易于安裝和管理在互聯(lián)網(wǎng)上。同時(shí)確保通過(guò)加密所述無(wú)線鏈路是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)技術(shù)，無(wú)線節(jié)點(diǎn)本身可以​​是易受篡改。這可以攔截被收集的數(shù)據(jù)，所述加密密鑰或代碼本身。該黑客可能是為了個(gè)人利益，改變從近場(chǎng)通信(NFC)，信用卡和借記卡攔截?cái)?shù)據(jù)在無(wú)線連接智能電表的數(shù)據(jù)，或國(guó)際犯罪團(tuán)伙。

有各種技術(shù)用于篡改，尤其用于捕獲加密密鑰。一旦黑客有訪問(wèn)這些，在系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)是潛在可用，給予各種見(jiàn)解到節(jié)點(diǎn)的活性，結(jié)果成的錢包，家庭或工廠的活性。

防篡改的智能電表，NFC芯片和無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵因素，因此，了解攻擊的機(jī)制是至關(guān)重要的。

智能卡行業(yè)通常將攻擊為三類。非侵入式側(cè)信道攻擊利用信息出來(lái)的功率曲線或電磁化身，而故障攻擊使用激光或毛刺的電壓來(lái)更改芯片的響應(yīng)。這種技術(shù)的功率可以看出，在最近的毛​​刺在重置時(shí)，接觸到相機(jī)閃光燈的樹(shù)莓派2低成本電腦板。第三種技術(shù)是通過(guò)汽提走在芯片的各層來(lái)發(fā)現(xiàn)晶體管結(jié)構(gòu)和訪問(wèn)數(shù)據(jù)，特別是在只讀存儲(chǔ)器，其結(jié)果逆向工程。

對(duì)于NFC功能的無(wú)線智能卡，如恩智浦的PN5120的挑戰(zhàn)，正在開(kāi)發(fā)先進(jìn)的對(duì)策，以承受這些新的攻擊。在某些市場(chǎng)中，諸如電子護(hù)照，智能卡IC具有抵御攻擊在外地十年是有效的。

其中的一個(gè)側(cè)信道攻擊是差分功率分析(DPA)。這種技術(shù)監(jiān)視耗散在信號(hào)線，以確定正被發(fā)送的位，已被用來(lái)確定在該系統(tǒng)中使用的加密密鑰的微小的能量。另一這些側(cè)信道攻擊是監(jiān)視漏電流也能導(dǎo)致的數(shù)據(jù)，而電磁輻射還可以潛在地提供關(guān)于被發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。

對(duì)策

DPA對(duì)策包括范圍廣泛的保護(hù)，從側(cè)信道攻擊的防篡改設(shè)備的軟件，硬件和協(xié)議技術(shù)。這些包括減少泄漏到副信道的信息，以減少信號(hào) - 噪聲(S / N)比。設(shè)計(jì)者還可以添加振幅或時(shí)間噪聲到副信道，以減少那個(gè)S / N比。

其它技術(shù)包括加入隨機(jī)性到代碼減少側(cè)通道和原有數(shù)據(jù)流之間的相關(guān)性。

另一種方式，以防止這種攻擊是實(shí)現(xiàn)一個(gè)物理不可克隆函數(shù)(PUF)。這里采用的硅裝置內(nèi)的結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生一個(gè)唯一的數(shù)字，也可用于防止篡改。這被越來(lái)越多地被用來(lái)作為一種方式來(lái)防止逆向工程，因?yàn)闆](méi)有明顯的數(shù)據(jù)來(lái)存儲(chǔ)是易受篡改。

所述PUF的被定義為基于物理特性的函數(shù)，它們唯一的每個(gè)芯片，很難預(yù)測(cè)，易于評(píng)估和可靠。這些功能也應(yīng)該是個(gè)人和幾乎不可能復(fù)制。這意味著，PUF的可以用作信任的根，并且可以提供一種可以不容易被反向工程的關(guān)鍵。

利用這種技術(shù)，芯片本身可以檢查環(huán)境是否是完整的。在生產(chǎn)或個(gè)人化時(shí)，IC測(cè)量其PUF環(huán)境和存儲(chǔ)該獨(dú)特的測(cè)量。從此，該IC可重復(fù)測(cè)量，通常是在啟動(dòng)時(shí)，并檢查環(huán)境發(fā)生了變化，這將表明在卡體的改變。這可以防止多種侵入式攻擊。

原則上，任何波動(dòng)物理設(shè)備的特性可以變成一個(gè)PUF。其中之一是在SRAM。智能卡芯片和內(nèi)部SRAM電后，將細(xì)胞用隨機(jī)制成的零和一邏輯值的圖案初始化。這種模式是為每個(gè)單獨(dú)的芯片和小的偏差在加工SRA​​M單元引線內(nèi)部的電特性為每個(gè)晶體管的變化不同。這導(dǎo)致了小的不對(duì)稱性造成的優(yōu)選狀態(tài)(0或1)在啟動(dòng)時(shí)，這作為一個(gè)獨(dú)特的指紋為芯片和智能卡。

這種獨(dú)特的指紋是使用在初始化數(shù)據(jù)的Reed Solomon糾錯(cuò)衍生并且這然后用作密鑰來(lái)保護(hù)的密碼密鑰或通過(guò)作為內(nèi)部密鑰來(lái)保護(hù)的存儲(chǔ)器位置。這可以保護(hù)來(lái)自逆向工程和DPA攻擊的關(guān)鍵，因?yàn)樗冀K受到保護(hù)。它這樣做的關(guān)鍵是基本上分成兩部分 - 的SRAM PUF指紋和一個(gè)激活碼。攻擊者必須知道這兩個(gè)值來(lái)重建用于保護(hù)無(wú)線鏈路的關(guān)鍵。

使用PUF通常被劃分成兩個(gè)階段，登記和重構(gòu)(如圖1)。發(fā)生登記階段只是一​​次，當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)新的密鑰或者被存儲(chǔ)。鑰匙放入激活碼構(gòu)造，其產(chǎn)生要被存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的激活代碼。在重建階段，激活代碼用于在密鑰提取重構(gòu)的關(guān)鍵，但實(shí)際鍵沒(méi)有被存儲(chǔ)在NV存儲(chǔ)器。這意味著鑰匙不能與單獨(dú)的激活代碼導(dǎo)出的;代碼和PUF數(shù)據(jù)必須都可以以重建密鑰。

招生和重建圖像

圖1：注冊(cè)和重建使用物理不可克隆功能(PUF)的智能卡。

此實(shí)現(xiàn)也必須精心設(shè)計(jì)和安全性測(cè)試，使得PUF本身是不開(kāi)放的其他安全攻擊路徑，如一些弱點(diǎn)相對(duì)于側(cè)通道或故障攻擊。

IGLOO2 FPGA PUF的圖像[!--empirenews.page--]

圖2：PUF是在IGLOO2的FPGA用于確保物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線鏈路的安全性的關(guān)鍵因素。

的Microsemi實(shí)施了PUF功能到其現(xiàn)場(chǎng)可編程設(shè)備，如低功率IGLOO2，此功能添加到的IoT無(wú)線節(jié)點(diǎn)，往往電池供電。這是被用于證明公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)的嵌入式系統(tǒng)之間和M2M認(rèn)證安全的機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)通信以允許設(shè)備容易地但穩(wěn)固地加入到的IoT網(wǎng)絡(luò)。使用非易失FPGA，如IGLOO2，消除了外部EEPROM的脆弱性和潛在地給出更高的安全水平。外部裝置是指比特流可能被截取或分析，以提供信息給一個(gè)攻擊者，或?qū)EPROM本身可以逆向工程。

采用Microsemi公司的做法增加了硬化，它使用專用的片上SRAM和附加對(duì)策PUF技術(shù)，如防篡改網(wǎng)和專用PUF功率控制。這提供了更高的安全水平，以抗拒篡改，作為PUF鍵有效地從芯片消失時(shí)電源被切斷。這意味著沒(méi)有任何已知的技術(shù)，它可以讀取PUF的秘密，而其電源關(guān)閉。

PUF做法圖片

圖3：PUF方法也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)微控制器，以防止篡改的安全引導(dǎo)。

這種方法也可用于提供在該節(jié)點(diǎn)的微控制器的一個(gè)安全引導(dǎo)，如在圖3中，也保護(hù)系統(tǒng)免受篡改。

這些裝置可用于一起使用像藍(lán)牙低能耗協(xié)議來(lái)提供額外的安全性，這將防止篡改無(wú)線模塊，如從BLUEGIGA(圖4)的BLE121。這種方法還允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者保留的節(jié)點(diǎn)的安全方面的控制，并將其與電源管理，同時(shí)能夠使用不同的無(wú)線模塊進(jìn)行集成。這可保護(hù)系統(tǒng)IP，并在同一時(shí)間的用戶數(shù)據(jù)。

藍(lán)兆的BLE121的圖像

圖4：添加一個(gè)FPGA成為物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線節(jié)點(diǎn)可以幫助保護(hù)無(wú)線模塊，如藍(lán)兆篡改BLE121。

結(jié)論

防篡改是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)元素的一個(gè)重要考慮因素。從無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線連接的網(wǎng)關(guān)，從NFC靈通卡向無(wú)線智能電表中，所有的系統(tǒng)都需要被固定。用的技術(shù)，以減少DPA攻擊結(jié)合IP來(lái)生成PUF密鑰可以大大增加無(wú)線系統(tǒng)的安全性。