物聯(lián)網(wǎng)安全的本質(zhì)是利用系統(tǒng)的漏洞訪(fǎng)問(wèn)價(jià)值資產(chǎn)信息，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的破壞和非法利用。在實(shí)際應(yīng)用中，最典型的物聯(lián)網(wǎng)攻擊有：針對(duì)終端設(shè)備的可信根提取、固件提取、逆向分析、硬件破解、設(shè)備偽造等；針對(duì)通信管道的中間攻擊、數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)、劫持、數(shù)據(jù)協(xié)議分析；針對(duì)云業(yè)務(wù)平臺(tái)的未授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)、敏感數(shù)據(jù)挖取、偽造請(qǐng)求攻擊、SQL注入攻擊、文件上傳漏洞、假冒服務(wù)器等安全風(fēng)險(xiǎn)。保障物聯(lián)網(wǎng)安全性的核心是保障數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、可用性、不可抵賴(lài)性、真實(shí)性、隱私性。

融入安全芯片技術(shù)的通用安全MCU芯片產(chǎn)品怎樣抵御物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的安全風(fēng)險(xiǎn)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中，通常采用密碼技術(shù)來(lái)保障數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、可用性、不可抵賴(lài)性、真實(shí)性、隱私性。安全芯片由于實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的密碼功能和高等級(jí)安全防護(hù)能力，是保障信息安全的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。20年的行業(yè)深耕，國(guó)民技術(shù)基于密碼技術(shù)形成了一套具有高安全等級(jí)防護(hù)能力的安全芯片技術(shù)架構(gòu)，并將該技術(shù)架構(gòu)整合到MCU芯片產(chǎn)品中，形成“安全+通用”的產(chǎn)品戰(zhàn)略布局，賦予了通用MCU“安全版圖、安全存儲(chǔ)、讀寫(xiě)保護(hù)、分區(qū)權(quán)限管理、時(shí)鐘安全系統(tǒng)、侵入檢測(cè)、密碼算法加速”等數(shù)十個(gè)硬件安全防護(hù)能力，旨在解決物聯(lián)網(wǎng)紛亂復(fù)雜的安全問(wèn)題。

圖1：國(guó)民技術(shù)通用安全MCU硬件安全能力

硬件安全防護(hù)能力--安全版圖

安全版圖是使用混合布局布線(xiàn)技術(shù)，將所有的敏感電路和其它電路混合在一起進(jìn)行布局布線(xiàn)，最終版圖上所有電路都是彼此交錯(cuò)融合，敏感電路在版圖上沒(méi)有明顯的邊界，通過(guò)特殊的安全版圖布局布線(xiàn)可以抵御探針攻擊、FIB（聚焦粒子束）攻擊和逆向分析攻擊，做到防物理分析和探測(cè)功能。

圖2：采用了安全版圖技術(shù)的芯片實(shí)體模擬圖

硬件安全防護(hù)能力--安全存儲(chǔ)

安全存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)，使用了PUF技術(shù)與密碼技術(shù)，PUF技術(shù)原理是根據(jù)每個(gè)芯片的身份特征數(shù)據(jù)生成不同的密鑰作為存儲(chǔ)加密的可信根密鑰，程序執(zhí)行時(shí)使用密碼技術(shù)對(duì)讀出Flash的數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動(dòng)解密，對(duì)寫(xiě)入Flash的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)加密存儲(chǔ)，同時(shí)為寫(xiě)入寫(xiě)出的數(shù)據(jù)提供了檢錯(cuò)糾錯(cuò)功能，當(dāng)芯片產(chǎn)生校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)送入CPU，開(kāi)發(fā)者可借助該報(bào)警擦除或改寫(xiě)加密數(shù)據(jù)，或?qū)π酒M(jìn)行復(fù)位、自毀壞等操作，使得攻擊者無(wú)法獲取或解讀關(guān)鍵數(shù)據(jù)，保障了數(shù)據(jù)的機(jī)密性與完整性。

圖3：安全存儲(chǔ)

硬件安全防護(hù)能力-讀寫(xiě)保護(hù)

讀寫(xiě)保護(hù)功能基于國(guó)民技術(shù)自主創(chuàng)新的WRP、RDP以及MPU等技術(shù)，WRP技術(shù)用于保護(hù)閃存區(qū)的頁(yè)防止錯(cuò)誤寫(xiě)（防擦），當(dāng)運(yùn)行程序跑飛時(shí)發(fā)生了對(duì)數(shù)據(jù)的意外改變，基于芯片提供的WRP技術(shù)生成只讀保護(hù)區(qū)，保護(hù)Flash內(nèi)容不被外部攻擊寫(xiě)入。

RDP技術(shù)用于保護(hù)主存儲(chǔ)區(qū)和Option Bytes的訪(fǎng)問(wèn)操作，防止閃存中的用戶(hù)代碼區(qū)被非法讀出，用戶(hù)根據(jù)需要配置不同保護(hù)級(jí)別（L0/L1/L2），實(shí)現(xiàn)外部接口讀寫(xiě)保護(hù)。

圖4：讀保護(hù)（RDP）技術(shù)

MPU技術(shù)實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)器保護(hù)單元，將存儲(chǔ)區(qū)劃分為多個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可單獨(dú)設(shè)置地址、大小、訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限和屬性，實(shí)現(xiàn)區(qū)域數(shù)據(jù)隔離，當(dāng)遇到非法訪(fǎng)問(wèn)時(shí)將產(chǎn)生錯(cuò)誤或異常。

圖5：MPU存儲(chǔ)保護(hù)技術(shù)

硬件安全防護(hù)能力-MMU分區(qū)權(quán)限管理

分區(qū)權(quán)限管理是指對(duì)存儲(chǔ)區(qū)分區(qū)域管理，設(shè)置不同區(qū)域的互相訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，達(dá)到保護(hù)存儲(chǔ)器中的代碼和數(shù)據(jù)不被非法訪(fǎng)問(wèn)的目的，當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)，提示存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)越界錯(cuò)誤，開(kāi)發(fā)者根據(jù)返回的異常采取應(yīng)對(duì)措施，達(dá)到有效實(shí)現(xiàn)防復(fù)制、防篡改、防擦除的目的。

圖6： MMU分區(qū)權(quán)限管理

硬件安全防護(hù)能力-時(shí)鐘安全系統(tǒng)

時(shí)鐘安全系統(tǒng)用于監(jiān)控MCU外部時(shí)鐘晶體，當(dāng)外部時(shí)鐘晶體因被攻擊或其它原因?qū)е率?，時(shí)鐘安全系統(tǒng)將會(huì)把時(shí)鐘自動(dòng)切換到內(nèi)部RC振蕩器，在外部時(shí)鐘晶體恢復(fù)后再由用戶(hù)選擇切換時(shí)鐘源，有效防止針對(duì)基于時(shí)鐘的攻擊者破外行為。

圖7：時(shí)鐘安全系統(tǒng)

硬件安全防護(hù)能力-侵入檢測(cè)

MCU內(nèi)置侵入檢測(cè)引腳，當(dāng)檢測(cè)到有效侵入事件后，將復(fù)位清除所有備份寄存器保存的內(nèi)容，當(dāng)終端產(chǎn)品被非法拆殼時(shí)，用來(lái)防止敏感數(shù)據(jù)被盜取。有紐扣電池存在的情況下，該模塊電路在主電源被切斷的情況下保持有效。

硬件安全防護(hù)能力-硬件密碼算法加速引擎

國(guó)民技術(shù)系列物聯(lián)網(wǎng)安全MCU提供了10余種安全算法的硬件加速引擎，有效提升算法性能，提高存儲(chǔ)資源使用率以及防側(cè)信道攻擊的能力，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在同等運(yùn)算條件下，使用硬件算法加速引擎的算法性能提高10倍以上，系統(tǒng)資源使用減少5倍以上。

基于性能優(yōu)異的硬件密碼算法加速引擎以及芯片內(nèi)置的受可信根密鑰保護(hù)的引導(dǎo)程序可實(shí)現(xiàn)加密下載與固件安全更新功能，解決物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品在生產(chǎn)、維護(hù)階段可能存在的信息泄露問(wèn)題。

基于物聯(lián)網(wǎng)安全MCU硬件安全能力構(gòu)建“云-端”一體全生命周期安全解決方案

國(guó)民技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)安全MCU硬件安全能力的加持下，在端側(cè)，可為用戶(hù)產(chǎn)品快速構(gòu)建全生命周期的安全策略，覆蓋產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)四個(gè)維度，解決了從生產(chǎn)到維護(hù)整個(gè)聲明周期面臨的數(shù)據(jù)機(jī)密性、完整性、可用性、不可抵賴(lài)性、真實(shí)性、隱私性等問(wèn)題。

圖8：構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期的安全保護(hù)

在云/管側(cè)，國(guó)民技術(shù)積極構(gòu)建安全云平臺(tái)，其安全云基于國(guó)密/國(guó)際算法與嵌入硬件安全能力的物聯(lián)網(wǎng)終端進(jìn)行身份雙向認(rèn)證，可防護(hù)物聯(lián)網(wǎng)通信過(guò)程中的設(shè)備偽造/服務(wù)器假冒等問(wèn)題；通過(guò)采用密鑰協(xié)商等方式生成臨時(shí)密鑰對(duì)，保護(hù)通信數(shù)據(jù)安全，可防竊取;基于提供的高性能雜湊等算法對(duì)傳輸過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行摘要簽名運(yùn)算，可防數(shù)據(jù)假冒。

圖9：國(guó)民安全云綜合解決方案

總結(jié)：

基于國(guó)民技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)安全MCU的硬件安全能力構(gòu)建“云-端”一體化安全解決方案，可以有效解決物聯(lián)網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)各應(yīng)用場(chǎng)景中數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、可用性、不可抵賴(lài)性、真實(shí)性與隱私性。