Microchip晶振的TrustMANAGER平臺(tái)并非單一的軟件工具或硬件組件,而是一套覆蓋設(shè)備全生命周期的全面安全解決方案,旨在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備構(gòu)建從底層硬件到上層應(yīng)用的多層級(jí)安全防護(hù)體系,解決設(shè)備身份認(rèn)證,數(shù)據(jù)加密,固件更新安全等核心問(wèn)題.該平臺(tái)的核心硬件載體是ECC608TrustMANAGER安全芯片,這是一款符合AES-256,ECC-P256等國(guó)際加密標(biāo)準(zhǔn)的身份驗(yàn)證集成電路(IC),其硬件層面集成了防物理攻擊(如側(cè)信道攻擊,拆封攻擊)的設(shè)計(jì),能夠有效抵御黑客通過(guò)物理手段竊取芯片內(nèi)的敏感信息.在軟件生態(tài)層面,ECC608TrustMANAGER深度整合了KudelskiIoT的keySTREAM™軟件即服務(wù)(SaaS)平臺(tái),形成"硬件存儲(chǔ)+云端管理"的協(xié)同架構(gòu).keySTREAM™SaaS平臺(tái)作為密鑰和證書(shū)的云端管理中樞,具備密鑰生成,分發(fā),輪換,吊銷等全流程管理能力,而ECC608安全芯片則負(fù)責(zé)在設(shè)備端存儲(chǔ),保護(hù)和調(diào)用加密密鑰及數(shù)字證書(shū),兩者配合實(shí)現(xiàn)"云端管控,本地執(zhí)行"的安全模式.這種架構(gòu)設(shè)計(jì)使得設(shè)備從出廠初始化(燒錄初始密鑰和證書(shū)),聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行(數(shù)據(jù)加密傳輸),固件更新(安全校驗(yàn)與部署),到設(shè)備報(bào)廢(密鑰銷毀)的整個(gè)生命周期內(nèi),安全性都能得到持續(xù)保障,每一個(gè)環(huán)節(jié)都有明確的安全機(jī)制介入,避免出現(xiàn)安全漏洞.

實(shí)現(xiàn)安全FOTA部署的關(guān)鍵技術(shù)

FOTA技術(shù)雖為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的固件更新提供了便捷性,但也面臨著三大核心安全風(fēng)險(xiǎn):固件被篡改(攻擊者植入惡意代碼),更新指令被劫持(推送虛假更新包),更新過(guò)程中數(shù)據(jù)泄露(固件內(nèi)容被竊取).TrustMANAGER平臺(tái)通過(guò)三大關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建起全方位的FOTA安全防護(hù)體系,徹底化解這些風(fēng)險(xiǎn).

1.安全代碼簽名:確保固件"來(lái)源可信,內(nèi)容完整"

在FOTA部署流程中,固件從制造商的服務(wù)器傳輸?shù)浇K端設(shè)備的過(guò)程中,最容易受到攻擊者的攔截和篡改.TrustMANAGER平臺(tái)采用基于非對(duì)稱加密算法的安全代碼簽名技術(shù),為每一個(gè)出廠的固件映像(FirmwareImage)賦予唯一的"數(shù)字身份證",從根源上確保固件的可靠性.其具體實(shí)現(xiàn)流程分為三步:首先,制造商在發(fā)布固件更新前,使用平臺(tái)提供的私鑰(由keySTREAM™SaaS平臺(tái)安全生成并嚴(yán)格保管,僅制造商授權(quán)人員可使用)對(duì)固件映像進(jìn)行加密運(yùn)算,生成獨(dú)特的數(shù)字簽名,其次,帶有數(shù)字簽名的固件包被上傳至云端服務(wù)器應(yīng)用晶振,等待推送至目標(biāo)設(shè)備,最后,當(dāng)設(shè)備接收到固件更新包后,會(huì)調(diào)用ECC608安全芯片內(nèi)預(yù)先存儲(chǔ)的公鑰(與制造商的私鑰配對(duì),在設(shè)備出廠時(shí)燒錄,不可修改或刪除)對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證.若驗(yàn)證通過(guò)(即簽名與固件內(nèi)容匹配),說(shuō)明固件來(lái)自合法來(lái)源且未被篡改,設(shè)備將繼續(xù)執(zhí)行更新流程,若驗(yàn)證失敗,設(shè)備會(huì)立即拒絕更新,并向制造商發(fā)送異常告警信息.這種機(jī)制的安全性在于非對(duì)稱加密算法的特性——私鑰僅用于簽名,不對(duì)外傳輸,即使公鑰被攻擊者獲取,也無(wú)法偽造出有效的數(shù)字簽名.例如,在智能家居場(chǎng)景中,若黑客試圖向用戶的智能攝像頭推送植入后門程序的虛假固件,由于缺乏制造商的私鑰,無(wú)法生成有效的數(shù)字簽名,智能攝像頭在驗(yàn)證環(huán)節(jié)會(huì)直接識(shí)別出虛假固件,避免設(shè)備被劫持.

2.加密密鑰管理:保障更新過(guò)程"端到端安全"

FOTA部署過(guò)程中,固件包的傳輸,存儲(chǔ)以及設(shè)備與云端的交互數(shù)據(jù),都需要通過(guò)加密技術(shù)保護(hù),而加密密鑰的安全性直接決定了整個(gè)加密體系的可靠性.TrustMANAGER平臺(tái)借助keySTREAM™SaaS平臺(tái)和ECC608安全芯片,構(gòu)建了"集中化管控,動(dòng)態(tài)化更新,硬件級(jí)保護(hù)"的加密密鑰管理體系,徹底解決密鑰泄露,過(guò)期等問(wèn)題.?從密鑰生命周期管理來(lái)看,平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了全流程的安全管控:在密鑰生成階段,keySTREAM™SaaS平臺(tái)采用符合NIST(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院)標(biāo)準(zhǔn)的隨機(jī)數(shù)生成算法,生成高強(qiáng)度的加密密鑰(如AES-256密鑰用于數(shù)據(jù)加密,ECC-P256密鑰用于身份認(rèn)證),確保密鑰本身具備抗破解能力,在密鑰分發(fā)階段,平臺(tái)通過(guò)加密信道將密鑰傳輸至ECC608安全芯片,芯片內(nèi)的硬件加密模塊會(huì)將密鑰存儲(chǔ)在專門的安全存儲(chǔ)區(qū)域(該區(qū)域采用物理隔離設(shè)計(jì),即使芯片被物理拆解,也無(wú)法讀取密鑰內(nèi)容),避免密鑰被非法竊取,在密鑰使用階段,設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)加密/解密,身份認(rèn)證等操作時(shí),密鑰始終在ECC608芯片內(nèi)部運(yùn)行,不會(huì)導(dǎo)出到外部?jī)?nèi)存(如RAM),從根本上杜絕了密鑰在使用過(guò)程中被內(nèi)存抓取工具竊取的風(fēng)險(xiǎn),在密鑰更新階段,當(dāng)設(shè)備面臨安全威脅(如某類密鑰算法被破解)或密鑰使用周期到期時(shí),制造商可通過(guò)keySTREAM™SaaS平臺(tái)遠(yuǎn)程向設(shè)備推送新的密鑰,舊密鑰會(huì)被自動(dòng)銷毀,確保密鑰始終處于最新的安全狀態(tài).以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景為例,某工廠的智能傳感器需要定期通過(guò)FOTA更新固件以修復(fù)安全漏洞.在固件傳輸過(guò)程中,傳感器與云端服務(wù)器之間的通信數(shù)據(jù)(包括固件包,更新指令)會(huì)使用由ECC608芯片保護(hù)的AES-256密鑰進(jìn)行加密,即使數(shù)據(jù)被攻擊者攔截,也無(wú)法解密出有效內(nèi)容,同時(shí),若工廠發(fā)現(xiàn)某一批次傳感器的密鑰存在泄露風(fēng)險(xiǎn),可通過(guò)TrustMANAGER平臺(tái)遠(yuǎn)程向該批次設(shè)備推送新密鑰,快速完成密鑰輪換,避免安全事故擴(kuò)大.

3.遠(yuǎn)程管理功能:實(shí)現(xiàn)FOTA部署"高效可控,全程可視"

對(duì)于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署(如智能城市中的數(shù)十萬(wàn)盞智能路燈,工業(yè)園區(qū)內(nèi)的數(shù)千臺(tái)控制器),傳統(tǒng)的本地固件更新方式(需工作人員現(xiàn)場(chǎng)操作)不僅效率低下,還會(huì)產(chǎn)生高昂的人力成本.TrustMANAGER平臺(tái)的遠(yuǎn)程管理功能,為制造商和設(shè)備管理者提供了"一站式"的FOTA部署管控能力,實(shí)現(xiàn)更新流程的高效化,工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用和可視化.該功能的核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是精準(zhǔn)的設(shè)備分組管理——平臺(tái)支持根據(jù)設(shè)備的型號(hào),部署區(qū)域,使用場(chǎng)景等維度,將設(shè)備劃分為不同的分組(如"北京朝陽(yáng)區(qū)智能路燈組""上海某工廠控制器組"),制造商可針對(duì)不同分組推送定制化的固件更新(如僅向存在特定漏洞的設(shè)備組推送修復(fù)固件),避免不必要的更新操作,二是自動(dòng)化的更新流程管控——平臺(tái)支持設(shè)置更新觸發(fā)條件(如"設(shè)備處于空閑時(shí)段(凌晨2-4點(diǎn))時(shí)自動(dòng)執(zhí)行更新""設(shè)備電量高于50%時(shí)允許更新"),并具備斷點(diǎn)續(xù)傳功能(若更新過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)中斷,恢復(fù)連接后可從斷點(diǎn)繼續(xù)下載,無(wú)需重新開(kāi)始),確保更新過(guò)程不影響設(shè)備的正常使用,三是實(shí)時(shí)的更新?tīng)顟B(tài)監(jiān)控——平臺(tái)會(huì)實(shí)時(shí)采集每臺(tái)設(shè)備的更新進(jìn)度(如"下載中(30%)""驗(yàn)證中""更新成功""更新失敗"),并以可視化報(bào)表的形式呈現(xiàn)(如更新成功率,失敗設(shè)備列表及原因),若某臺(tái)設(shè)備更新失敗(如因網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)導(dǎo)致固件下載不完整),平臺(tái)會(huì)自動(dòng)重試,或向管理者發(fā)送告警信息,以便及時(shí)介入處理.以智能城市項(xiàng)目為例,某城市部署了5萬(wàn)臺(tái)智能路燈,若需要通過(guò)FOTA更新路燈的節(jié)能控制固件,管理者可通過(guò)TrustMANAGER平臺(tái)將5萬(wàn)臺(tái)路燈按區(qū)域劃分為10個(gè)分組,設(shè)置在凌晨2-4點(diǎn)(路燈使用率最低的時(shí)段)自動(dòng)執(zhí)行更新,并實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)分組的更新進(jìn)度.最終,整個(gè)更新過(guò)程僅需1名管理者在后臺(tái)操作,無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)人員參與,更新效率較傳統(tǒng)方式提升了90%以上,同時(shí)避免了因白天更新導(dǎo)致的路燈臨時(shí)熄滅問(wèn)題.

符合網(wǎng)絡(luò)安全法規(guī)要求

隨著物聯(lián)網(wǎng)安全事故頻發(fā),全球各國(guó)和地區(qū)紛紛出臺(tái)嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)安全法規(guī),對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全性能(尤其是固件更新安全)提出了明確要求.TrustMANAGER平臺(tái)通過(guò)遵循國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn),確保基于該平臺(tái)開(kāi)發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠滿足全球主要市場(chǎng)的法規(guī)要求,為制造商的產(chǎn)品出海掃清障礙.在歐洲市場(chǎng),2024年生效的《歐洲網(wǎng)絡(luò)安全彈性法案》(CRA,CybersecurityResilienceAct)是目前最嚴(yán)格的物聯(lián)網(wǎng)安全法規(guī)之一,其核心要求包括:一是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須具備"安全的固件更新機(jī)制",確保用戶或制造商能夠及時(shí)修復(fù)設(shè)備漏洞,二是設(shè)備需提供"至少5年的固件更新支持"(部分品類設(shè)備要求更長(zhǎng)),避免設(shè)備因無(wú)法更新而成為安全隱患,三是固件更新過(guò)程需具備"防篡改,防劫持"能力,防止攻擊者利用更新漏洞攻擊設(shè)備.TrustMANAGER平臺(tái)通過(guò)采納歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)EN303645消費(fèi)類物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全基線要求(該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)固件更新的安全性,更新周期等做出了詳細(xì)規(guī)定),完全滿足CRA的上述要求——例如,平臺(tái)支持設(shè)置固件更新的生命周期(最長(zhǎng)可支持10年的更新服務(wù)),并通過(guò)安全代碼簽名,加密傳輸?shù)燃夹g(shù)確保更新過(guò)程的安全性.在工業(yè)應(yīng)用晶振領(lǐng)域,國(guó)際自動(dòng)化協(xié)會(huì)(ISA)與國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)聯(lián)合制定的ISA/IEC62443標(biāo)準(zhǔn),是工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)安全的核心標(biāo)準(zhǔn),其對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的固件更新提出了"可追溯性""完整性驗(yàn)證""更新回滾"等要求.TrustMANAGER平臺(tái)的遠(yuǎn)程管理功能支持記錄每臺(tái)設(shè)備的所有固件更新記錄(包括更新時(shí)間,固件版本,更新人員,更新結(jié)果),具備完整的可追溯性,同時(shí),平臺(tái)支持"更新回滾"功能——若新固件存在兼容性問(wèn)題,設(shè)備可自動(dòng)回滾到上一版本的固件,確保工業(yè)生產(chǎn)不中斷,完全符合ISA/IEC62443標(biāo)準(zhǔn)的要求.此外,TrustMANAGER平臺(tái)還符合美國(guó)NISTSP800-193(平臺(tái)固件保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)),中國(guó)《信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)安全指南》(GB/T35273-2020)等法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求,使得制造商的產(chǎn)品能夠順利進(jìn)入美國(guó),中國(guó)等主要市場(chǎng),無(wú)需為不同市場(chǎng)單獨(dú)開(kāi)發(fā)安全方案,降低了產(chǎn)品研發(fā)成本.

開(kāi)發(fā)工具與兼容性支持

為了降低開(kāi)發(fā)者的技術(shù)門檻,加速基于TrustMANAGER平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)程,Microchip提供了一套"硬件開(kāi)發(fā)板+軟件工具+示例代碼"的完整開(kāi)發(fā)支持體系,覆蓋從方案設(shè)計(jì),功能驗(yàn)證到產(chǎn)品量產(chǎn)的全流程.在硬件開(kāi)發(fā)工具方面,Microchip推出了CryptoAuthPRO開(kāi)發(fā)板(型號(hào)EV89U05A),該開(kāi)發(fā)板集成了ECC608TrustMANAGER安全芯片,調(diào)試接口(支持JTAG/SWD協(xié)議)以及與常見(jiàn)物聯(lián)網(wǎng)MCU(如PIC32系列,AVR系列)的兼容接口,開(kāi)發(fā)者可直接將開(kāi)發(fā)板與自己的MCU開(kāi)發(fā)板連接,快速搭建FOTA安全測(cè)試環(huán)境.例如,開(kāi)發(fā)者可通過(guò)EV89U05A開(kāi)發(fā)板,測(cè)試ECC608芯片對(duì)固件簽名的驗(yàn)證功能,密鑰的存儲(chǔ)與調(diào)用功能,無(wú)需自行設(shè)計(jì)安全芯片的硬件電路.在軟件開(kāi)發(fā)工具方面,ECC608TrustMANAGER與Microchip主流的MPLAB®X集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)完全兼容,開(kāi)發(fā)者可在熟悉的MPLAB®X環(huán)境中編寫(xiě),編譯,調(diào)試代碼,無(wú)需學(xué)習(xí)新的開(kāi)發(fā)工具.同時(shí),Microchip提供了CryptoAuthLib軟件庫(kù),該庫(kù)包含了ECC608芯片的所有功能接口(如密鑰生成,簽名驗(yàn)證,數(shù)據(jù)加密)以及FOTA安全部署的示例代碼(如固件包的接收,驗(yàn)證,更新流程代碼),開(kāi)發(fā)者可直接調(diào)用庫(kù)函數(shù),大幅減少代碼編寫(xiě)工作量.此外,為了幫助開(kāi)發(fā)者快速對(duì)接主流云平臺(tái)(如AWSIoT,AzureIoT),Microchip還推出了TrustPlatformDesignSuite(可信平臺(tái)設(shè)計(jì)套件),該套件包含了詳細(xì)的入門指南(從硬件連接到云端配置的step-by-step教程),預(yù)編譯的固件示例(如基于PIC32CXSG41MCU和WINCS02PCWi-Fi®模塊的FOTA演示固件)以及云平臺(tái)對(duì)接代碼(如AWSIoTCore的設(shè)備身份認(rèn)證,固件推送代碼).例如,開(kāi)發(fā)者使用該套件,僅需3步即可完成ECC608安全芯片與AWSIoT云平臺(tái)的對(duì)接:第一步,通過(guò)套件中的工具向ECC608芯片燒錄AWSIoT的設(shè)備證書(shū)和密鑰,第二步,在AWSIoT控制臺(tái)創(chuàng)建固件更新任務(wù),第三步,運(yùn)行套件中的演示固件,設(shè)備即可自動(dòng)接收并安全執(zhí)行AWSIoT推送的固件更新,整個(gè)過(guò)程無(wú)需編寫(xiě)復(fù)雜的云對(duì)接代碼.這種全方位的開(kāi)發(fā)支持,使得即使是缺乏物聯(lián)網(wǎng)終端晶振安全經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)者,也能在1-2周內(nèi)完成基于TrustMANAGER平臺(tái)的FOTA安全方案驗(yàn)證,大幅縮短產(chǎn)品研發(fā)周期.Microchip的TrustMANAGER平臺(tái)通過(guò)"安全代碼簽名,加密密鑰管理,遠(yuǎn)程管理"三大核心技術(shù),構(gòu)建了覆蓋FOTA部署全流程的安全防護(hù)體系,同時(shí)憑借符合全球主流法規(guī),提供完善開(kāi)發(fā)工具的優(yōu)勢(shì),成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全FOTA部署的理想解決方案.在物聯(lián)網(wǎng)安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻的今天,TrustMANAGER平臺(tái)不僅能夠幫助設(shè)備制造商解決固件更新的安全痛點(diǎn),保障用戶數(shù)據(jù)和設(shè)備安全,還能助力制造商快速滿足不同市場(chǎng)的法規(guī)要求,提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力.隨著5G,AI等技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全需求將更加復(fù)雜,相信TrustMANAGER平臺(tái)會(huì)持續(xù)迭代升級(jí),推出更多創(chuàng)新功能(如基于AI的異常更新行為檢測(cè),跨平臺(tái)的固件兼容性驗(yàn)證),為構(gòu)建安全,可靠的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)更多力量.

Microchip通過(guò)空中更新保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)TrustMANAGER如何實(shí)現(xiàn)安全的FOTA部署

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