為什么欺騙是物聯(lián)網(wǎng)的致命弱點

隨著更直觀、響應更靈敏的設備被釋放出來，數(shù)字宇宙和物理世界之間的界限變得模糊不清。更不用說所有這些連接性對安全性的影響。

物聯(lián)網(wǎng)安全已被廣泛討論，并且經(jīng)常與“不斷擴大的攻擊面”和“零日漏洞”等主題相關聯(lián)。然而，在這些討論中經(jīng)常缺少的一個被低估的攻擊媒介是最基本和最重要的：欺騙。

眾所周知，欺騙在幾千年前是有效的，在“孫子兵法”的作者孫子時代，它斷言它是攻擊者最強大的工具。

今天，隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，情況也沒有什么不同。你如何通過欺騙獲勝？它與冒充有很大關系。例如，在軍隊中，如果敵對信號假裝來自您自己的無人機，那么您就遇到了大麻煩。而且，如果在不久的將來，智能交通信號燈被篡改，向自動駕駛汽車發(fā)出欺騙信號，結果可能是災難性的。

以偷車等常見犯罪為例。在停車場，犯罪分子可以攻擊一輛汽車。但是，通過物聯(lián)網(wǎng)，黑客可以同時入侵1，10或1，000輛汽車，可能遍布全球各個城市。更大的問題是，通過物聯(lián)網(wǎng)，黑客在進行這些攻擊時可以在任何地方;它們不需要物理上靠近被黑客入侵的設備。它們可以在海洋的另一邊。

身份驗證是密鑰

雖然這可能不是每個人都首先想到的，但欺騙是物聯(lián)網(wǎng)安全的最大威脅，這對安全專家來說并不是什么新鮮事。著名的安全作家布魯斯·施奈爾（Bruce Schneier）在2016年寫了一篇博客，講述了羅伯·喬伊斯（Rob Joyce）的一次罕見的公開演講，他當時是國家安全局定制訪問運營小組的負責人。在這次演講中，他淡化了零日漏洞的評級，斷言“憑據(jù)竊取是進入網(wǎng)絡的方式”。

實際上，幾乎所有的安全問題都是身份驗證問題。如果您可以在通信的另一端驗證設備的身份，則可以知道什么是合法的，什么是不合法的。但是，如何對設備進行身份驗證？無人機還是汽車？訪問設備的請求可能是合法的，但可能不是。

在談論設備身份驗證時，它有助于繪制人類類比。海關官員通過護照識別人員。對于某些國家/地區(qū)，它必須附有簽證。為了真正安全，他們必須通過檢查您的指紋來驗證您的身份。

對于連接到云的設備，情況非常相似。設備通過顯示其設備唯一證書向云中標識自己。該證書已在云提供商處注冊，并且某些權限鏈接到它 - 類似于護照上的簽證。將證書從一臺設備復制到另一臺設備并不難。身份識別是不夠的，身份需要驗證。執(zhí)行此操作的最佳方法（不可克隆的方式）是檢查設備獨有的內(nèi)容。換句話說，設備硬件中無法從一個設備復制到另一個設備的元素。

PUF 作為設備指紋

固有ID使用“指紋”，可以在每個芯片的靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）中找到。這種指紋稱為 SRAM 物理不可克隆函數(shù) （PUF）。就像人類指紋是不可克隆的一樣，這種設備獨有的指紋也是不可克隆的。與用作護照的設備證書結合使用，它可以構建不可克隆的設備標識。對于每個連接的設備 -語音輔助設備、聯(lián)網(wǎng)汽車、無人機、手表、恒溫器、燈泡、胰島素泵 -都可以基于 PUF 創(chuàng)建不可克隆的身份，這使得繞過身份驗證保護措施變得非常困難。通過這種不可克隆的身份，我們可以安全地對設備進行身份驗證，保護數(shù)據(jù)的完整性，并確保數(shù)據(jù)的機密性。

但是，單板聚氨酯是如何工作的呢？SRAM PUF 基于任何數(shù)字芯片中可用的標準 SRAM 存儲器的行為。每次SRAM供電時，每個SRAM單元都有自己的首選狀態(tài)，這是由晶體管閾值電壓的隨機差異引起的。因此，在為SRAM存儲器供電時，每個存儲器將產(chǎn)生0和1的唯一隨機模式。如前所述，這些圖案就像芯片指紋一樣，因為每個圖案對于特定的SRAM都是唯一的，因此對于特定的芯片也是唯一的。

然而，來自SRAM PUF的這種“響應”是一個“嘈雜”的指紋，將其變成高質(zhì)量和安全的加密密鑰需要進一步處理。通過使用“模糊提取器”IP，可以在所有環(huán)境條件下每次重建完全相同的加密密鑰。

芯片供應商或設備制造商都不需要注入設備的根密鑰。注入密鑰需要受信任的工廠，這增加了制造過程的成本和復雜性，并限制了靈活性。因此，不需要密鑰注入是一個顯著的好處。與非易失性存儲器（NVM）中的傳統(tǒng)密鑰存儲相比，這種從SRAM屬性派生密鑰的方法具有很大的安全優(yōu)勢：

由于密鑰僅在需要時生成，因此從不存儲，因此當設備處于非活動狀態(tài)（沒有密鑰處于靜止狀態(tài)）時，它不存在。因此，打開設備并破壞其內(nèi)存內(nèi)容的攻擊者無法找到它，這大大提高了設備的安全性。

無需添加昂貴的安全硬件（如安全元件或 TPM 芯片）來保護芯片上的密鑰和有價值數(shù)據(jù)。任何使用SRAM PUF密鑰（或由其派生的密鑰）加密的敏感內(nèi)容或IP都可以存儲在不受保護的存儲器中，因為如果沒有SRAM PUF密鑰，就無法在芯片外部的任何地方讀取。

從密鑰到身份

一旦設備配備了來自SRAM PUF的根密鑰，就可以通過使用美國國家標準與技術研究院（NIST）指定的密鑰派生函數(shù)（KDF）從該根密鑰派生其他功能密鑰。從SRAM PUF根密鑰派生的任何密鑰都會自動繼承前面描述的好處，因此它也不需要注入，永遠不會存儲（僅在需要時派生），并且不需要昂貴的安全硬件。

設備標識通常由公鑰基礎結構 （PKI） 中的設備證書管理。使用 PKI，每個設備標識都是從芯片獨有的強公私加密密鑰對構建的。雖然可以共享公共部分以建立標識，但專用部分（用于驗證標識）必須始終保密，并應綁定到設備。這些要求與 SRAM PUF 的特性完美契合。

當公鑰-私鑰對派生自 SRAM PUF 時，可以保證此密鑰對是設備唯一的，因為根密鑰是設備唯一的。此外，私鑰始終受到保護，因為它永遠不會被存儲，并且僅在需要時派生。因此，從 SRAM PUF 派生公鑰-私鑰對可提供在 PKI 中使用的必需屬性。

現(xiàn)在，可以通過證書簽名請求 （CSR） 與證書頒發(fā)機構 （CA） 共享公鑰。根據(jù)此公鑰，CA 返回預配到設備上的證書。當設備連接到云時，它將使用此證書來顯示其身份?；谧C書，云可以通過運行要求設備具有其私鑰的身份驗證協(xié)議來驗證 IoT 設備的身份?，F(xiàn)在可以保證設備的真實性，因為沒有另一方知道或有權訪問私鑰。當然，私鑰是從芯片的SRAM PUF動態(tài)重建的。

通過這種方式，可以將安全身份構建到設備中，類似于通過護照等文檔為人們構建的安全身份。SRAM PUF的“指紋”不是使用一個人的生物特征作為護照的信任根，而是用于明確地將證書中的身份與設備的硬件聯(lián)系起來。

最重要的是，如果我們想讓物聯(lián)網(wǎng)成功，我們必須建立信任，這需要我們可以信賴的身份驗證。使用每個設備固有的不可克隆標識是一個很好的起點。

審核編輯：郭婷