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使用配套安全I(xiàn)C保護(hù)連接設(shè)備中的TLS

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:Maxim ? 作者:Christine Young ? 2022-05-25 09:04 ? 次閱讀
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傳輸層安全 (TLS) 協(xié)議在保護(hù)互聯(lián)網(wǎng)上智能連接設(shè)備的通信方面發(fā)揮著重要作用。它可以幫助防止竊聽(tīng)和篡改傳輸中的數(shù)據(jù)。當(dāng)然,要使 TLS 協(xié)議有效,密鑰和證書(shū)必須保持未公開(kāi)、未修改并存儲(chǔ)在設(shè)備中,以便它們可以用于執(zhí)行協(xié)議。然而,保護(hù) TLS 實(shí)施可能具有挑戰(zhàn)性,特別是對(duì)于在野外部署的物聯(lián)網(wǎng)IoT) 設(shè)備。

Maxim 安全專家 Stephane di Vito 認(rèn)為,配套的安全 IC 提供了一種相對(duì)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式來(lái)保護(hù)連接的嵌入式系統(tǒng)中的 TLS 實(shí)施。作為獎(jiǎng)勵(lì),安全 IC 還可以減輕主應(yīng)用處理器的負(fù)擔(dān)。di Vito 本月早些時(shí)候在圣何塞舉行的嵌入式系統(tǒng)會(huì)議上提出了自己的觀點(diǎn),他在會(huì)上概述了 TLS 并解釋了如何將安全 IC 集成到嵌入式設(shè)計(jì)中。

了解 TLS 協(xié)議

TLS 協(xié)議包括兩個(gè)主要階段:握手和安全應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交換。這一切都始于握手階段。在這里,有一個(gè)協(xié)議屬性的協(xié)商,在此期間客戶端向服務(wù)器提出它可以支持的算法列表。同時(shí),服務(wù)器也有一個(gè)支持的算法列表。然后,服務(wù)器將選擇受支持的最安全的匹配算法。接下來(lái),是時(shí)候證明身份了。在此步驟中,服務(wù)器必須始終使用公鑰基礎(chǔ)設(shè)施 (PKI) 來(lái)證明其身份,該基礎(chǔ)設(shè)施使用公鑰加密。正如 di Vito 解釋的那樣,公鑰密碼學(xué)的工作原理是這樣的:

Alice 擁有一對(duì)密鑰 (PubKa, PrivKa)

Alice 使用 PrivKa 簽署消息(沒(méi)有其他人可以這樣做)

Alice 向 Bob 發(fā)送消息和 PubKa

Bob 使用 PubKa 驗(yàn)證 Alice 的消息

要使此過(guò)程起作用,公鑰所有權(quán)必須經(jīng)過(guò)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。公鑰連同該密鑰所有者的身份可以密封在證書(shū)中,然后用于身份驗(yàn)證。與對(duì)服務(wù)器進(jìn)行身份驗(yàn)證的方式相同,PKI 也對(duì)客戶端進(jìn)行身份驗(yàn)證。一旦雙方的身份得到證實(shí),就該為 TLS 會(huì)話創(chuàng)建密鑰了。正如 di Vito 所指出的,在兩端創(chuàng)建密鑰有不同的方法:

使用預(yù)共享密鑰是最簡(jiǎn)單的方法,包括在設(shè)備和服務(wù)器中初步交換密鑰。由于此方法不使用證書(shū),因此它被認(rèn)為是一個(gè)非常輕量級(jí)的 TLS 版本。

舊的備用是使用客戶端公鑰的 RSA 加密,盡管這種方法對(duì)于小型嵌入式設(shè)備并不理想,因?yàn)樗_實(shí)需要大量資源

更先進(jìn)的方法是 ECDH(E) + ECDSA,它的密鑰大小更輕,比 RSA 快得多。使用 256 位的橢圓曲線密鑰,此方法與 RSA 3072 密鑰一樣安全。

di Vito 說(shuō),一旦密鑰到位,您就可以進(jìn)入應(yīng)用層并安全地交換數(shù)據(jù)。在安全交換階段,強(qiáng)制執(zhí)行協(xié)商的算法和密鑰。交換的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證和加密。

如果不受保護(hù),智能家居控制系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能會(huì)成為進(jìn)入更大網(wǎng)絡(luò)的途徑。

配套安全 IC 如何提供幫助:加密、存儲(chǔ)和實(shí)施

密碼學(xué)并非沒(méi)有一些關(guān)鍵的安全問(wèn)題。例如,易受攻擊的密碼庫(kù)可能會(huì)受到時(shí)序、簡(jiǎn)單功率分析 (SPA) 和差分功率分析 (DPA) 攻擊。低質(zhì)量的隨機(jī)數(shù)可能會(huì)生成弱密鑰。但是,di Vito 認(rèn)為,通過(guò)純軟件實(shí)現(xiàn)來(lái)解決這些問(wèn)題并不是答案。他強(qiáng)調(diào),例如,軟件方法仍然可能成為遠(yuǎn)程定時(shí)攻擊或回歸的受害者。相比之下,使用配套的安全 IC 可提供更高級(jí)別的保護(hù),他說(shuō)。

配套的安全 IC 可為密碼學(xué)提供多種優(yōu)勢(shì):

高質(zhì)量真實(shí)、基于硬件的隨機(jī)數(shù)生成

功率分析電阻

防止定時(shí)攻擊

重建應(yīng)用軟件時(shí)沒(méi)有倒退的風(fēng)險(xiǎn)

密鑰和證書(shū)的安全存儲(chǔ)至關(guān)重要,但這里僅使用軟件的方法也有弱點(diǎn)??蛻舳怂借€可以從存儲(chǔ)中提取并克隆。然后,可以使用相同的身份創(chuàng)建其他設(shè)備。如果會(huì)話密鑰暴露,網(wǎng)絡(luò)犯罪分子可以監(jiān)視 TLS 通信和/或偽造消息。還有一種危險(xiǎn),即受損的認(rèn)證可能會(huì)授權(quán)證書(shū)。

配套的安全 IC 在提供安全存儲(chǔ)的同時(shí)具有多種優(yōu)勢(shì):

防篡改、加密證書(shū)和密鑰存儲(chǔ)?!耙粋€(gè)非常堅(jiān)定的黑客。..。..必須物理攻擊芯片,移除硬件安全性,下載內(nèi)存。這很復(fù)雜。此外,內(nèi)存通常是加密的。很難篡改這種 IC,”di Vito 說(shuō)。

無(wú)法提取的密鑰和私鑰,導(dǎo)致終端設(shè)備不可克隆

通過(guò)嚴(yán)格的訪問(wèn)控制不會(huì)濫用密鑰

在實(shí)施 TLS 時(shí),如果使用了錯(cuò)誤的服務(wù)器/客戶端配置,或者跳過(guò)了服務(wù)器證書(shū)驗(yàn)證,則可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。配套的安全 IC 通過(guò)以下方式緩解這些問(wèn)題:

減輕應(yīng)用程序微處理器的復(fù)雜性和繁重的 CPU 負(fù)載

提供高度健壯的命令集

減少 TLS 配置

伴隨的安全性降低了整體復(fù)雜性并隔離了關(guān)鍵功能。di Vito 解釋說(shuō),如果固件出現(xiàn)問(wèn)題,其他部分將保持安全。其中一些 IC 甚至可以評(píng)估主應(yīng)用處理器上固件的完整性;如果固件不是正版,那么 IC 將不會(huì)使用客戶端私鑰對(duì)服務(wù)器進(jìn)行身份驗(yàn)證?!鞍踩拖裱笫[,除了氣味。它是一組層,層數(shù)越多越好。如果剝洋蔥的時(shí)間太長(zhǎng),攻擊者要么放棄,要么代價(jià)高昂。沒(méi)有防彈解決方案……通過(guò)添加層和層,您可以提高安全級(jí)別,”di Vito 說(shuō)。

Maxim 的 DeepCover? 嵌入式安全產(chǎn)品組合包括 MAXQ1061,可用作具有成本效益的配套安全 IC,用于安全存儲(chǔ)、數(shù)字簽名、加密、安全啟動(dòng)和保護(hù) TLS 實(shí)現(xiàn)。

審核編輯:郭婷

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