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使用配套安全IC保護連接設備中的TLS

星星科技指導員 ? 來源: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)議在保護互聯(lián)網上智能連接設備的通信方面發(fā)揮著重要作用。它可以幫助防止竊聽和篡改傳輸中的數據。當然,要使 TLS 協(xié)議有效,密鑰和證書必須保持未公開、未修改并存儲在設備中,以便它們可以用于執(zhí)行協(xié)議。然而,保護 TLS 實施可能具有挑戰(zhàn)性,特別是對于在野外部署的物聯(lián)網IoT) 設備。

Maxim 安全專家 Stephane di Vito 認為,配套的安全 IC 提供了一種相對簡單且經濟實惠的方式來保護連接的嵌入式系統(tǒng)中的 TLS 實施。作為獎勵,安全 IC 還可以減輕主應用處理器的負擔。di Vito 本月早些時候在圣何塞舉行的嵌入式系統(tǒng)會議上提出了自己的觀點,他在會上概述了 TLS 并解釋了如何將安全 IC 集成到嵌入式設計中。

了解 TLS 協(xié)議

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

Alice 擁有一對密鑰 (PubKa, PrivKa)

Alice 使用 PrivKa 簽署消息(沒有其他人可以這樣做)

Alice 向 Bob 發(fā)送消息和 PubKa

Bob 使用 PubKa 驗證 Alice 的消息

要使此過程起作用,公鑰所有權必須經過認證機構的認證。公鑰連同該密鑰所有者的身份可以密封在證書中,然后用于身份驗證。與對服務器進行身份驗證的方式相同,PKI 也對客戶端進行身份驗證。一旦雙方的身份得到證實,就該為 TLS 會話創(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:

使用預共享密鑰是最簡單的方法,包括在設備和服務器中初步交換密鑰。由于此方法不使用證書,因此它被認為是一個非常輕量級的 TLS 版本。

舊的備用是使用客戶端公鑰的 RSA 加密,盡管這種方法對于小型嵌入式設備并不理想,因為它確實需要大量資源

更先進的方法是 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,一旦密鑰到位,您就可以進入應用層并安全地交換數據。在安全交換階段,強制執(zhí)行協(xié)商的算法和密鑰。交換的數據經過身份驗證和加密。

如果不受保護,智能家居控制系統(tǒng)等聯(lián)網設備可能會成為進入更大網絡的途徑。

配套安全 IC 如何提供幫助:加密、存儲和實施

密碼學并非沒有一些關鍵的安全問題。例如,易受攻擊的密碼庫可能會受到時序、簡單功率分析 (SPA) 和差分功率分析 (DPA) 攻擊。低質量的隨機數可能會生成弱密鑰。但是,di Vito 認為,通過純軟件實現(xiàn)來解決這些問題并不是答案。他強調,例如,軟件方法仍然可能成為遠程定時攻擊或回歸的受害者。相比之下,使用配套的安全 IC 可提供更高級別的保護,他說。

配套的安全 IC 可為密碼學提供多種優(yōu)勢:

高質量真實、基于硬件的隨機數生成

功率分析電阻

防止定時攻擊

重建應用軟件時沒有倒退的風險

密鑰和證書的安全存儲至關重要,但這里僅使用軟件的方法也有弱點??蛻舳怂借€可以從存儲中提取并克隆。然后,可以使用相同的身份創(chuàng)建其他設備。如果會話密鑰暴露,網絡犯罪分子可以監(jiān)視 TLS 通信和/或偽造消息。還有一種危險,即受損的認證可能會授權證書。

配套的安全 IC 在提供安全存儲的同時具有多種優(yōu)勢:

防篡改、加密證書和密鑰存儲?!耙粋€非常堅定的黑客。..。..必須物理攻擊芯片,移除硬件安全性,下載內存。這很復雜。此外,內存通常是加密的。很難篡改這種 IC,”di Vito 說。

無法提取的密鑰和私鑰,導致終端設備不可克隆

通過嚴格的訪問控制不會濫用密鑰

在實施 TLS 時,如果使用了錯誤的服務器/客戶端配置,或者跳過了服務器證書驗證,則可能會出現(xiàn)問題。配套的安全 IC 通過以下方式緩解這些問題:

減輕應用程序微處理器的復雜性和繁重的 CPU 負載

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雜性并隔離了關鍵功能。di Vito 解釋說,如果固件出現(xiàn)問題,其他部分將保持安全。其中一些 IC 甚至可以評估主應用處理器上固件的完整性;如果固件不是正版,那么 IC 將不會使用客戶端私鑰對服務器進行身份驗證。“安全就像洋蔥,除了氣味。它是一組層,層數越多越好。如果剝洋蔥的時間太長,攻擊者要么放棄,要么代價高昂。沒有防彈解決方案……通過添加層和層,您可以提高安全級別,”di Vito 說。

Maxim 的 DeepCover? 嵌入式安全產品組合包括 MAXQ1061,可用作具有成本效益的配套安全 IC,用于安全存儲、數字簽名、加密、安全啟動和保護 TLS 實現(xiàn)。

審核編輯:郭婷

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