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2018-11-14 08:20 来源:磐安新闻网

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作者旁征博引,资料翔实,语言通俗风趣,并在再现历史之余提出了自己独到的见解。《怪诞行为学2》[美]丹艾瑞里/赵德亮/夏蓓洁/中信出版集团/2017责编:马百万

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嵌入式系统设计缺陷暴露 物联网安全如何保证?

电子设计 ? 2018-11-14 08:15 ? 次阅读
洪理达认为:这场诋毁单身女性的宣传浪潮极具讽刺意味,独生子女政策下的重男轻女,和大行其道的女胎引产已经造成严重的性别比例失衡,导致男性大量过剩。

物联网(IoT)僵尸网络(botnet)的兴起已经成为智能家庭,智慧城市和工业网络化等新兴产业的安全威胁。僵尸网络的分布式拒绝服务(DDoS)攻击已有时日,而且针对物联网的僵尸网络亦非新事。但直至最近,人们才认识到物联网僵尸网络破坏的严重性,安全缺陷可能导致物联网嵌入式系统在同时联网时全盘崩溃。本文从物联网设备安全漏洞的角度研究僵尸网络,指明安全设备防范僵尸网络的关键。

僵尸网络及其潜在威胁

僵尸网络是指被特定恶意软件感染的互联设备所构成的网络,它允许黑客获取远程控制权并协调进行DDoS攻击僵尸网络病毒,亦称僵尸大军(zombie armies),也可以用于垃圾邮件轰炸,盗取敏感密钥,传播勒索软件等。

物联网中的僵尸网络病毒不同于Windows平台上的普通僵尸网络病毒,它产生于脆弱的物联网设备,并且可以通过庞大的物联网系统感染海量设备。此外,普通僵尸网络病毒往往用于发送垃圾邮件,而物联网僵尸网络病毒可以通过影响物联网设备周围的物理环境来造成更大的危害。

例如,一种物联网病毒可以侵入交通灯系统,破坏智慧城市的基础设施,从而引发整座城市的混乱,。同样,黑客也可以通过病毒提高智能家庭的温度,或是增加油汽供给。

两者的另一显著区别在于,个人电脑与服务器的连接受到杀毒软件和防火墙等的安全保护,而物联网设备往往没有这些安全机制,从而成为僵尸网络病毒的理想目标。

2016年,业界预测物联网僵尸网络将成为网络安全的第一威胁,但IT安全界则认定这些威胁非常有限,不必在意僵尸物联网所带来的安全威胁。然而不久后出现了一种工具箱,能使僵尸网络病毒利用无安全措施的物联网设备漏洞,进行攻击。2016年十月的Mirai僵尸网络攻击事件成为了一个重要的转折点。

Mirai和另一种僵尸网络Bashlight,可以利用网络摄像头和数字视频录像机上安装的精简Linux系统中的漏洞,指挥设备在服务器中下载恶意软件。

之后,它们通过不断扫描缺省或硬编码的用户名和密码,向周围的其他“肉鸡”设备散播这一恶意软件。DDoS 攻击便是通过这一方式感染大量互联设备的。在Mirai僵尸网络攻击事件中,有超过15万台网络摄像机被Mirai僵尸网络感染。

僵尸网络暴露嵌入式系统设计缺陷

当下,物联网设备数量庞大且在持续增长,而Mirai为无防护物联网设备的安全行敲响了警钟。加德纳公司预测,到2020年,将有超过208亿的设备连接到物联网中。Mirai揭示了黑客控制“肉鸡”并将其并入僵尸网络的机制。僵尸物联网在强调了嵌入式安全重要性的同时,也暴露嵌入式系统设计中主要缺陷:

? 物联网设备精简化和低功耗的追求不可避免地降低了嵌入式安全等级

? 物联网设备电池容量和存储空间仅够完成最基本的功能,安全性的考虑被排在两者之后

? 紧迫的设计时间和上市压力导致摒弃了安全模块的设计

? 许多物联网设备通过复用软硬件模块来简化设计、降低成本,但这会导致不同类别的物联网设备凭据被公开

? 物联网设备上的操作系统缺乏透明性和便捷接口,这给病毒监测带来困难。物联网设备的病毒监控和监测往往基于网页浏览器或智能手机的APP等的复杂接口,而不能直接访问操作系统本身

? 大多数嵌入式设备的操作系统采用各种版本的Linux系统。这些系统只有合理地打补丁、配置和加固才能保证安全。而黑客们已经在着力破解路由器和机顶盒上的Linux系统漏洞

僵尸物联网已经波及到网络摄像头、Wi-fi路由器、网络摄像机和机顶盒等设备并被用于散布DDoS攻击网络游戏的服务器。黑客还曾尝试利用僵尸物联网侵入德国电信公司的路由器,但最终未能成功。

接下来会是什么?智能冰箱,电灯,智能锁,还是智能汽车?如果僵尸网络被散布者释放到银行,医院和智慧城市的基础设施中,可能会造成更大规模的破坏。

健壮的多层次安全保护是关键

那么,我们该如何构建健壮的安全系统来防范这一“万能牌”呢?我们如何确保从传感器到物联网节点一直到云等各层次的安全性以确保多层次物联网接入点的可靠性?嵌入式系统安全的根本在于:

? 开发嵌入式系统中多层次安全保护机制,涵盖安全节点,存储,网络和整个物联网生态
? 设计可靠的嵌入式硬件

多层次安全保护

如图1所示,嵌入式系统设计中的多层次安全保护机制,涵盖了安全节点,存储,网络和整个物联网生态。

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嵌入式系统设计缺陷暴露 物联网安全如何保证?

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图1 在以互联网为中心的嵌入式系统中建立多层安全保护,来抵御僵尸物联网病毒等威胁(来源Microchip

这些对抗僵尸物联网病毒的最佳措施被纳入产品开发周期中的安全框架中:

节点

  • 在基于硬件的可信任框架下采用安全启动以确保物联网设备在确知的安全状态下运行的同时,其内容依然保密。安全启动作为嵌入式设备安全的基石,是防范僵尸网络病毒等安全缺口的第一道防线
  • 更新固件。黑客能使用空中下载(OTA)升级来发布其恶意病毒。因此,应采用身份认证来确保物联网设备仅从授权系统中检索升级代码

网络

  • 仅在使用防火墙的环境下连接物联网设备。防火墙会检查输入数据并通过数据的行为,签名,IP历史以及物联网终端信息的一致性交叉询问来识别威胁
  • 使用DDoS攻击防护服务以及采用健壮内容发布网络的工具做为最初的防御措施
  • 确保物联网设备间及其与云服务等系统的可靠连接,使用基于传输层安全(TLS)等安全协议的加密链路
  • 固化开放安全套接字层(OpenSSL)等TLS实现栈,通过创建额外的硬件安全层来消除软件的漏洞

安全存储

  • 物联网系统需要牢靠的身份认证来确定和核实节点和设备的身份。人们往往将安全等同与加密,但在应对诸如僵尸网络病毒之类的网络威胁方面,身份认证才是物联网安全领域的中流砥柱

设计安全的嵌入式硬件

嵌入式安全应用于互联设备的前提从一开始就被忽略了。嵌入式安全应该从设计具有完整安全解决方案的防篡改硬件开始,而不仅仅依靠一堆补丁和系统修复。

传统的硬件安全包括多个方面:

  • 一个硬件安全模块(HSM),这需要一个数据库来存储,保护和管理密钥。这需要对硬件基础和硬件逻辑进行前期投资
  • 一个可信任平台模块(TPM),它将加密密钥整合进设备的硬件中,但这不符合低价物联网应用的定位
  • 一个安全堆栈,建立在MPU或MCU的顶层。但这一设计需要花费大量的CPU运行周期来加速应用和固件的身份认证。由于基于中央MPU或MCU的安全硬件带来许多计算密集的操作(如身份认证),这会加重整个系统的负担,降低系统性能,因此成果有限

基于以上原因,传统的硬件安全解决方案不能有效的应用于嵌入式系统中。取而代之的是使用专用安全处理器的嵌入式系统硬件设计,专用处理器中的硬件密钥存储和加密加速技术可以弥补软件的漏洞。同时,专用处理器更容易固化一些知名的TLS实现栈(如OpenSSL等),使得物联网节点能自动完成与云服务器通信的身份认证。

首先,通过I^2 C接口将低耗的安全协处理器与主机(MPU或MCU)连接,方便安全启动系统防御流氓固件的攻击。Maxim的MAXREFDES143 Reference Design 就是物联网嵌入式安全设计的典范。其通过身份认证和告知网页服务器来保护工业传感器节点。其特别采用DeepCover 安全认证(带单线 SHA-256 和 512-Bit 用户 EEPROM),支持从传感器到网页服务器数据的所有身份认证。

这些加密元素(图2)——更小的MCU,都配备了硬件加密加速器,以执行强大的身份验证,从而保护私钥,证书和其他敏感的安全数据,防止僵尸网络入侵。 此外,传统的TLS标准在软件上实现身份认证和密钥存储,在软件上实现并无必要,加密部件通过消除以软件为中心的安全实现复杂性,简化了与亚马逊网页服务(AWS)等云服务的相互认证。

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嵌入式系统设计缺陷暴露 物联网安全如何保证?

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图2 Microchip ATECC508A等安全MCU提供了节点身份认证功能,限制了僵尸网络的攻击(来源:Microchip)

结论

物联网产业作为互联网嵌入式电子产业的延伸,正处于关键的十字路口。目前,物联网僵尸病毒主要针对网页和应用服务器,但他们远比我们当前所见具有更强大的破坏力。例如,它们可能通过干扰智能监视系统来影响建筑物的物理尺寸,或者通过扰乱交通系统引发混乱。

重新开发安全的物联网嵌入式设备为时已晚,特别是已有数千万个“肉鸡”设备已经投入市场,且数量日益增加。物联网爱好者们刚刚瞥见网络互联的潜在威胁,物联网便已成规模,采取行动,重新审视嵌入式安全刻不容缓。

作者:

嵌入式系统设计缺陷暴露 物联网安全如何保证?

马杰德?艾哈迈德(Majeed Ahmad)是亚洲电子工程时报(EE Times Asia,EE Times的姐妹出版社)的前总编辑。此外,作为总部设在香港的贸易和技术出版社环球资源的总编辑,他率先推出了与电子元件,消费电子,计算机,安全和电信产品有关的杂志。

马杰德是一位具有工程背景和二十年写作编辑和获取技术内容经验的记者。他还撰写了六本关于电子书的书籍:Smartphone, Nokia’s Smartphone Problem and The Next Web of 50 Billion Devices, Mobile Commerce 2.0, Age of Mobile Data, and Essential 4G Guide.

目前他作为独立的技术作家,为B2B技术出版物做出贡献。


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探讨物联网M2M市场、联网标准与产品设计

物联网机器对机器(M2M)热度狂飙,背后所应用的通讯联网技术种类繁多,其中包含授权与非授权频段联网技....

的头像 重庆物联网 发表于 10-16 10:23 ? 302次 阅读
探讨物联网M2M市场、联网标准与产品设计

金准人工智能专家解读2018中国物联网应用研究报告

物联网是一个大的产业,涉及了方方面面。当前,物联网应用正处于起步阶段,金准人工智能专家根据实际情况,....

的头像 中山市物联网协会 发表于 10-16 08:57 ? 689次 阅读
金准人工智能专家解读2018中国物联网应用研究报告

探讨智慧园区的现状及未来发展趋势

近年来,我国产业园区已开始向着智慧化、创新化、科技化转变。

的头像 物联网之声 发表于 10-15 17:35 ? 333次 阅读
探讨智慧园区的现状及未来发展趋势

为什么说传感器是物联网的心脏?

传感器最早出现于工业生产领域,主要被用于提高生产效率。但随着集成电路以及科技信息的不断发展,传感器逐....

发表于 10-15 16:02 ? 324次 阅读
为什么说传感器是物联网的心脏?

中国手机厂商进入物联网领域,标准与生态是挑战

IHS最新预测,全球物联网设备的安装基数将从2015年的154亿台增长到2020年的307亿台。根据....

发表于 10-15 15:51 ? 219次 阅读
中国手机厂商进入物联网领域,标准与生态是挑战

关于ZigBee技术的安全问题以及存在的漏洞

Zigbee分配地址有两种方式,一种是通过MAC层的Assoc来分配地址,Zigbee的协调器或者路....

发表于 10-15 15:36 ? 130次 阅读
关于ZigBee技术的安全问题以及存在的漏洞

家电三巨头全面布局物联网,共建企业新格局

美的、格力、海尔纷纷在智能家居、智慧物流和工业互联网入手布局物联网。这一现象真实反映了物联网并非一方....

的头像 联动原素 发表于 10-15 15:34 ? 482次 阅读
家电三巨头全面布局物联网,共建企业新格局

中控智慧构建AI综合安检解决方案

在全球性的安全事件层出不穷的影响下,各国政府正不断加强安全检查力度和检查范围,从而对新技术和新设备的....

的头像 安全自动化 发表于 10-15 15:17 ? 408次 阅读
中控智慧构建AI综合安检解决方案

LPWAN低功耗广域网无线技术推动低功耗广域网呈现快速增长态势

同样,中国电信在物联网连接也实现了翻倍增长,今年上半年物联网连接数净增近3000万,同比翻番,如今物....

的头像 传感物联网 发表于 10-15 14:28 ? 240次 阅读
LPWAN低功耗广域网无线技术推动低功耗广域网呈现快速增长态势

用户体验差成智能家居领域核心痛点,物联网智能家居解决方案来帮忙

截至今年年底,近200亿个物联网和联网设备将在全球被部署,未来四年将会再增加100亿。企业近年来一直....

发表于 10-15 11:49 ? 606次 阅读
用户体验差成智能家居领域核心痛点,物联网智能家居解决方案来帮忙

2018年全球移动趋势报告:哪些因素在推动移动产业前进?

企业将通过边缘技术(包括超低延迟物联网、先进分析、AI、AR、VR、视频优化等技术;电信运营商提供移....

的头像 网优雇佣军 发表于 10-15 11:38 ? 446次 阅读
2018年全球移动趋势报告:哪些因素在推动移动产业前进?

如何制定一个健全的物联网传感器战略?

物联网传感器是功能强大的设备,可以从根本上改变系统和整个供应链的运行方式,但是让传感器工作并不是简单....

的头像 物联之家网 发表于 10-15 11:26 ? 183次 阅读
如何制定一个健全的物联网传感器战略?

安创加速器荣获“中关村国家自主创新示范区硬科技孵化平台”称号

作为Arm全球唯一加速器,安创加速器(Arm Accelerator)是基于Arm全球生态系统,聚焦....

的头像 安创空间ARMaccelerator 发表于 10-15 11:19 ? 172次 阅读
安创加速器荣获“中关村国家自主创新示范区硬科技孵化平台”称号

探讨微机电系统和物联网的未来

2023年全球MEMS市场规模可达310亿美元,比起2017年的120亿美元,年复合成长率达17.5....

的头像 物联之家网 发表于 10-15 11:18 ? 213次 阅读
探讨微机电系统和物联网的未来

北京安防展即将举行,物联网促“泛安防时代”的来临

还有不到两周的时间,两年一届的中国国际社会公共安全产品博览会(以下简称北京安防展)就将在中国国际展览....

发表于 10-15 10:30 ? 78次 阅读
北京安防展即将举行,物联网促“泛安防时代”的来临

华为企业无线将助力交通迈向数字化、智能化时代

第三、业务需求难题,除列车控制、调度语音通信、机车同步操控、调度命令和车次号等传统业务外,移动视频监....

的头像 华为无线网络 发表于 10-15 09:43 ? 736次 阅读
华为企业无线将助力交通迈向数字化、智能化时代

能造福非洲十亿人口的物联网应用是什么?

营养不良不仅会对个人造成灾难性的影响,甚至还会使国家经济受到严重损害。强化面粉提供了一种实用有效的解....

的头像 沃达丰物联网 发表于 10-14 11:38 ? 387次 阅读
能造福非洲十亿人口的物联网应用是什么?

爱立信携手AT&T加强物联网终端安全措施

AT&T将通过其专业物联网服务为客户提供这一认证服务。

的头像 爱立信中国 发表于 10-14 10:40 ? 245次 阅读
爱立信携手AT&T加强物联网终端安全措施
中阳楼街道 甘家湖牧场 徐辛庄村 隆平高科 寒岭镇
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