关 闭

                                        新闻中心

                                        EEPW首页 > 安全与国防 > 业界动态 > 专攻低功耗工业4.0应用 可程序化安全功能添防御

                                        专攻低功耗工业4.0应用 可程序化安全功能添防御

                                        作者:时间:2022-11-27来源:CTIMES收藏

                                        为了确实防御智能工厂里的控制系统,本文概述FPGA如何推进纵深防御方法的发展以开发安全应用程序,以及在硬件、设计和数据中的作用,以及如何在安全性的三个要素基础上构建应用程序。

                                        安全性是医疗、工业、汽车和通讯领域的一个重大问题。许多行业都在采用基于智能型互联网的机器和系统,去优化连网机器和系统的程序及流程。这些系统容易受到恶意攻击与未知软件错误的影响,而远程控制甚至可能导致实体安全问题,因此必须防止未经授权的存取或非法控制。

                                        工业发展的最新篇章,也就是常说的第四次工业革命(亦称),开创了创新和发展的新纪元,但本身也存在一系列危险和挑战。定义了系统、网络、机器和人类之间的通讯和互联互通,其中包含物联网(IoT),这将复杂性推向了新的高度。虽然互联互通具有提高效率、实时识别和纠正缺陷、预测性维护,以及改进各种功能之间的协作等优势,但这些优势也会明显增加智能工厂或自动化生产基地的安全漏洞。

                                        「网络」安全不再局限于特定的操作或系统,还会传播到工厂厂房或工业网络上的每一台设备。智能工厂里的控制系统,包括PLC、传感器、嵌入式系统和工业IoT设备,其受到的安全威胁在全球范围内呈上升趋势?;谠贫酥葱械脑冻坦芾?,也带来了篡改、注入恶意内容等实体攻击的风险。

                                        本文概述FPGA如何推进纵深防御方法的发展以开发安全应用程序,这是在的推动下,满足IoT和边缘运算迅速增长的需求的必经之路。本文介绍在硬件、设计和数据中的作用,以及如何在安全性的三个要素(机密性、完整性和真实性)基础上构建应用程序。

                                        图片.png 
                                        图1 : 一个可靠的安全系统必须具备三个核心元素:可信、防篡改及信息保障。

                                        一个可靠的安全系统必须具备以下三个核心元素:

                                        ? 可信:保证数据源可靠、获得授权且经过身份验证
                                        ? 防篡改:确认设备没有受到任何干扰
                                        ? 信息保障:以安全的方式使用、处理和传输系统中的数据

                                        透过FPGA实现硬件
                                        基于软件的单一安全方法在生命周期、可程序设计性、功耗效率、外形等方面存在不足,在当前的工业4.0环境下,不足以达到满足需求的安全等级,因此必须采用纵深防御安全机制,透过安全层加强硬件的防御能力。

                                        如今,大多数安全框架都采用软件实现,其中包含编译为在通用控制器或处理器上运行的加密库。这些软件作法暴露了更大的易受攻击范围以及许多潜在攻击点,例如操作系统、驱动程序、软件协议堆栈、内存和软键。此外,软件作法可能未针对效能和功率进行优化,因此会带来设计挑战。

                                        在工业系统的整个生命周期中,这些系统需要长期维护,同时协议堆栈、链接库等方面也需要经常更新,这些工作十分繁琐且成本高昂。原则上,底层硬件必须在其结构中整合安全功能,以防止静态和动态逆向工程、篡改和伪造攻击。

                                        因此,基于可程序设计硬件的安全功能已成为一种全面、强健的解决方案,适用于节能工业IoT和边缘应用,尤其是采用FPGA的解决方案。除了提高系统的安全效能外,FPGA还可提高应用程序的安全等级。FPGA必须将关键安全组件整合到硬件、设计和数据中,以提供真正强健的解决方案,以下内容将对此加以讨论。

                                        图片.png
                                        图2 : FPGA必须将关键安全组件整合到硬件、设计和数据中。

                                        保证FPGA硬件的安全
                                        在制造地点或透过供应链运输的过程中,硬件可能会在部署前或预程序设计时受到攻击。安全的生产系统支持在不太可信的制造环境中加密和配置FPGA,控制程序设计组件的数量,并以加密控制的方式审计制造过程;其结构必须可以避免复制品、恶意软件设计的FPGA和未经验证的组件。

                                        保证FPGA设计的安全
                                        设计安全性离不开安全的硬件平台,这类平台既可为设计提供机密性和身份验证,又能监视环境中的实体攻击。旁路攻击(Side-Channel Attack;SCA)会破坏烧写到组件中的比特流,因此可能会对整合了加密机制的FPGA造成严重威胁。

                                        SCA试图透过测量或分析各种物理参数,例如电源电流、运行时间和电磁辐射,从芯片或系统中提取机密信息。无论是非挥发性FPGA还是SRAM FPGA,刻录或「加载」FPGA的过程都需要具备抵御边通道攻击的能力。

                                        主动监视组件环境是另一种防止FPGA设计受到半侵入式和侵入式攻击的手段。电压、温度和时钟频率的波动,可能显示有人试图进行篡改。防篡改FPGA提供可客制化的响应来抵御攻击,其中包括完全抹除组件,从而使其对攻击者毫无用处。

                                        保证FPGA数据的安全
                                        最后,除了确保硬件和设计的安全,FPGA还必须提供?;びτ贸绦蚴莸募际?,这包括不同方法的组合:
                                        ? 真随机数生成器(TRNG),用于构建符合NIST标准的安全协议,并提供随机性来源以产生用于加密操作的密钥
                                        ? 透过物理不可复制功能(PUF)生成根密钥。PUF可利用在半导体生产过程中自然发生的亚微细粒变化,并赋予每个晶体管略微随机的电气特性和惟一身份,类似于人类的指纹,每一个都独一无二
                                        ? 受密钥?;さ陌踩诖?br/>? 能够执行符合行业标准的非对称、对称和hashtag函数的加密功能

                                        结论
                                        工业4.0是一场不断深化的革命,其广泛采用依赖于强健的端到端安全解决方案?;谌砑陌踩图用芄δ苁迪秩菀状嬖谌醯悴⒃獾蕉褚饫?。

                                        相比之下,当今基于硬件的解决方案利用了具有内建先进安全可程序设计功能的FPGA,以及硬件、设计和数据中的安全层。这可提供旨在防止客户IP遭到窃取或过度构建的硬件。这些数据安全功能的范例之一是用于抵御边信道攻击的DPA?;すδ?,这通常是一种获得许可的专利功能。

                                        此外,基于物理不可复制函数(PUF)的安全密钥管理解决方案,以及支持符合行业标准的非对称、对称和hashtag函数的软件可程序设计,防边通道攻击加密处理器也同样重要。

                                        基于硬件的解决方案为打造真正灵活、安全的系统铺平了道路。凭借极高的可程序设计性、出色的效能和极佳的功耗等优势,基于硬件的FPGA安全解决方案,将成为实现重要安全效能的不二之选。FPGA整合了防边信道攻击加密加速器,其中包含防篡改/防御措施,可?;た突У闹恫?,并提供可信的供应链管理,为开发安全系统提供一个安全平台。

                                        (本文作者Apurva Peri为Microchip公司资深FPGA产品营销工程师)

                                        本文引用地址:http://www.weightlox.com/article/202211/440929.htm


                                        评论


                                        相关推荐

                                        技术专区

                                        关闭
                                        98彩票