嵌入式系統安全管理

班華堂

隨著技術的發展，嵌入式系統越來越廣泛地應用于各行各業，但是容易出現遭受攻擊等安全問題，因此在安全方面面臨著越來越大的挑戰。本文從硬件和軟件層面分析了嵌入式系統容易被攻擊的問題，并就嵌入式系統的安全管理開展研究。

嵌入式系統具有相對獨立性、結構不復雜、消耗功能小以及可定制的諸多特點，日常家用電器多以嵌入式系統作為控制系統，極大豐富了人們的生產生活。嵌入式設備在安全上的先天不足，導致嵌入式系統對網絡開放時，存在或多或少的安全漏洞，容易導致設備被入侵等安全問題的發生。從技術角度來看，嵌入式系統容易受到攻擊的主要原因有以下幾點：

硬件配置簡單，比較容易受到側信道的入侵；

操作系統容易上手，被惡意篡改的概率較高；

系統內各種應用程序錯綜復雜，各種設備都是通過網絡進行連接，連接數量多、過程復雜，且通信結構單一，容易受到木馬等惡意軟件的攻擊。

出現這些問題是由于嵌入式系統缺乏相應的安全機制，建立規范化的數據交互協議及通道，是實現嵌入式系統安全管理的保證。

嵌入式系統的硬件安全問題

嵌入式系統硬件復雜性不如個人計算機系統，因此不同的制造商可以針對不同情況提供靈活的設計和解決方案。在嵌入式硬件設計的流程中，不良廠商會在硬件芯片中植入硬件木馬，從硬件最底部入侵系統，最后成功竊取數據，達到目的。嵌入式系統的硬件安全主要為以下幾方面。

硬件木馬

攻擊者故意修改集成電路的某些部分，用于控制、改變或監控內部電路。這種被故意修改的電路叫做硬件樹，由于硬件木馬被植入于芯片內部，用戶難以有效檢測和防范此類硬件木馬的攻擊。

側信道攻擊

側信道攻擊是一種成本相對廉價、簡單有效的攻擊方法，已成為攻擊硬件的重要手段之一。當某些程序被嵌入式系統運行時，攻擊者可以使用橫向連接通道檢測系統中的信息，側通道攻擊是非常具有破壞性的。

錯誤注入

通過將環境參數更改為異常值，系統會自動插入錯誤的工作模塊，以獲得進一步的控制權限，還可以讀取嵌入在微芯片存儲器中的秘密信息。

微探針

利用現代集成電路編輯技術，芯片外部的材料可以被攻擊者消除，并將內部芯片暴露。借助又尖又細的探頭，將其直接放置在興趣點或興趣點所連接的區域，分析和收集興趣點區域的電氣情況，包括特性、發出的信號和有關數據。

嵌入式系統的軟件安全問題

代碼完整性攻擊

這種攻擊試圖故意修改與嵌入式系統相關的數據或代碼。要防止此類攻擊，關鍵在于嵌入式系統代碼的高度完整性，研究人員可以在執行嵌入式系統之前測量代碼的安全質量，以檢測有害的代碼篡改。

應用軟件攻擊

對在內置系統中運行的軟件進行攻擊，包括病毒、特洛伊木馬及蠕蟲等，通過軟件代理與終端系統連接，特別是在結構脆弱的地方。這種類型的攻擊成本很低，而且是一種常見的形式。

隱私數據竊取攻擊

這種攻擊的目的是獲取敏感信息，避免此類攻擊的主要方法是對敏感信息進行加密，并保證密鑰的創建、存儲以及使用和銷毀的安全性，還必須在每個步驟中輸入驗證密鑰管理。另外也可以通過控制數據訪問來保護敏感信息。

嵌入式系統安全管理

硬件安全管理

在測試階段，罕見事件應被包含在測試中，或者分析門級網表上的任何異常事件，以識別有懷疑的連接點。針對側信道攻擊的噪聲掩蔽技術、偽指令插入以及平衡技術，降低系統的側信道攻擊的風險。可將所有交互信息的接口實行規范管理，降低被入侵的風險性，實行集中化管理，提升系統抵御風險的能力。

軟件安全管理

基于虛擬化技術對資料進行隔離和虛擬化，以達到增強安全的目的，建立系統層面的安全模型框架進行相應的控制和強化來提高安全級別。針對嵌入式系統開發輕量化的加密方案，進而解決網絡傳輸問題，可有效避免明文傳輸和身份仿冒問題。

嵌入式系統存在受病毒攻擊和設備被入侵等安全性問題，保證嵌入式系統的安全是一個非常具有挑戰性的課題，本文討論了關于保護嵌入式系統安全的解決方案。隨著科技的延伸，新技術也會引發更多的安全問題，每一個工程師和研究人員都應對安全問題重視起來。