超越边缘的安全
发布于2024-06-07
边缘时代的来临，始于人工智能（AI）从云端走向网络边缘。现在，家庭、办公室、工厂和汽车中的智能联网物联网设备数量，已超越现有的数十亿台连接到云端的PC和智能手机。
到2025年，预计将有500亿台联网设备产生海量数据。但是，即使是处理并利用单个设备产生的TB级数据，也是一项艰巨的任务。
在传统的物联网连接模式中，数据需要传输到云端进行处理、分析和决策。然而，随着机器智能和计算能力逐渐走向网络边缘，“应用边缘”应运而生。在智能家居、工厂和流程自动化、交通、智能城市和公共安全系统、精细化农牧业等领域，基于边缘的自主决策正在兴起。
在本地（即边缘）处理关键数据，可减少时间敏感型应用的往返延迟，减轻网络基础设施的负担，从而降低总体拥有成本。运行预训练ML模型的边缘设备可以在本地做出实时决策，从而改善整体的用户体验。例如，即使没有云连接，内置面部识别功能的智能门锁也能在识别到房主后自动开锁。此外，智能家居设备在边缘进行本地处理和存储时，可以保持数据的私密性，安全性更高。
如何更好地保护边缘
这些智能边缘设备会产生大量数据，其中一些数据仍然可能与云端共享，因此保护这些设备免受入侵和恶意攻击变得越来越重要。任何与其他设备或云端连接的设备，都是攻击者窃取数据、劫持操作，或未经授权访问云端的潜在入口。对于攻击者而言，边缘设备是非常诱人的高价值目标。边缘设备会收集传感器产生的原始数据，并在更靠近数据生成位置的地方处理这些数据，还会根据需要与远程和云端服务共享信息。在大多数情况下，这些信息都会包含敏感的私人数据，必须加以保护。
随着来自边缘设备的数据源越来越多、这些数据的价值越来越高，以及设备和网络之间的协作越来越重要，确保数据安全正变得更具挑战性。因此，采用始于芯片级集成的安全设计方法至关重要。理想情况下，从设计概念和建模，到部署和生命周期管理，包括无线（OTA）更新，这一方法都要贯穿始终。
整体安全方法：扩展和增强
NXP认为，安全是整体的系统流程，而不是附加功能。系统的安全程度取决于攻击者能够触及的最薄弱部分。边缘设备尤其容易成为攻击目标，特别是在与许多其他设备连接和通信的情况下。这些边缘设备必须受到强大、易于部署的安全技术的保护。
对于边缘设备，我们必须实施额外的保护和一定程度的入侵检测。在片上系统（SoC）层面，将集成的硬件功能（如信任根、篡改检测、安全启动和安全区域）与软件缓解技术相结合，可用于保护设备并阻止入侵和攻击。这就是NXP安全方法的核心。
EdgeLock®安全区域“安全总部”
借助EdgeLock®安全区域实现强大的边缘设备安全性
嵌入式硬件安全是NXP i.MX RT跨界MCU和应用处理器系列的核心竞争力，这些产品广泛应用于边缘ML应用。根据应用需求，这些安全功能可与安全子系统集成或隔离。NXP还提供安全软件，以实现数据共享的安全云连接和生命周期管理所需的OTA更新。
为了进一步建立设备信任，简化安全边缘设备的开发，NXP在2021年推出了EdgeLock®安全区域。这是一个预配置、自我管理的自主安全子系统，它使嵌入式开发人员无需安全专业知识，即可实现其设备安全目标。这种为任何边缘设备提供安全保护的易用性是NXP的一大关键使命。
EdgeLock安全区域的功能就好比SoC内部的“安全总部”，负责监督安全功能，保护设备免受各种类型的本地和远程安全攻击。该区域可自主管理信任根、运行时验证、信任配置、安全启动、密钥管理和加密服务等关键安全功能，从而降低在物联网应用种实施强大的全设备安全智能的复杂性。
由于系统安全规则隔离在该区域内部，因而可以将关键的安全功能从SoC的其余部分中剥离。这样一来，各种安全资产（如密钥）就不会与用户或OEM在芯片上部署的软件和固件同处一地或在同一环境中可见。与普通的集成安全相比，这种隔离增强了对欺骗的防护，并能显著减少攻击面。此外，为了防止出现新的攻击面，安全区域可在应用程序运行时智能跟踪电源转换。
另一个主要优势是，安全区域可以根据各种相关方案进行独立认证，从而实现OEM可重用性。FIPS认证就是显而易见的一例（例如这个i.MX应用处理器的例子），这是某些应用所需的强制性认证。一些安全区域部署方案作为集成加密模块通过了FIPS认证，这就为终端设备开发商省下了认证过程花费的时间和金钱。
完全集成的片上EdgeLock安全子系统是NXP i.MX 8ULP和i.MX 9应用处理器的标准功能，可为成千上万种边缘应用（从可穿戴设备、智能家居设备到工业自动化）提供可扩展的安全部署选项。
智能边缘具有巨大的潜力，可以改变我们与世界互动的方式，使其更具生产力、更安全、更高效。要打造智能边缘设备，除了增加视觉和语音识别等ML功能外，还有更多的工作要做。在开发边缘ML应用时运用安全保护方面的新技术，是一件至关重要的事情。为此首先要做的，就是与在芯片级别上嵌入强大安全功能的边缘计算平台供应商合作。EdgeLock安全区域等内置安全技术将通过实时隔离、信任配置和设备生命周期管理，帮助简化最终设备认证的路径。
物联网设备的数量已逐渐超过地球上的人口数量，预计还将继续增加。
当今工业物联网（IIoT）系统中互连电子设备的激增也呈现出同样的趋势。数字化、不断发展的IIoT以及运营技术在各个领域的应用，都有助于提高效率并降低成本，但代价就是潜在威胁增加。这些设备一旦受到攻击，可能会威胁到我们的环境、危及工人的安全，并对企业造成财务影响。
现代工业系统异常复杂，要确定特定产品的安全要求，少说也是一项艰巨的任务。为了帮助简化确定安全要求这一任务，NXP在结构化的简化框架中制定了一套全面的安全定义。我们将这些定义称为“安全基元”，您可以根据用例或高层次的安全要求，借助这些基元来找到合适的产品或相关的安全标准。
下面是一个典型的例子来说明如何使用安全基元。假设您正在为一幢智能商业大楼设计门禁系统。该系统需要生成、存储和传输有关驻户及其进出情况的敏感数据，因此需要一个微控制器来保护使用过程中各个阶段所处理的数据。此外，您还希望它能防止系统软件被黑客攻击。
随着工业环境中联网设备不断增加，确定合适的安全性要求至关重要。
利用安全基元，您可以快速确定第一项要求：在存储或处理微控制器上的数据时，长期数据存储和短期存储器都需要受到保护。“安全（加密）存储”基元就涵盖了这一点。
防止软件黑客攻击的第二项要求对应于系统软件的完整性和真实性，与“信任根”基元相关。“信任根”安全属性与设备制造过程中建立的平台初始信任根有关，是设备调试的基础。例如，在受信任的制造设施内制造IIoT设备，或者在零信任环境中使用预先配置的安全元件（如果可用的话），就可以满足要求。
将这些高层次的安全需求描述转换为相应的安全基元，是选用具有必要安全功能的NXP产品，以满足客户需求的第一步。这种安全需求对应方式，使NXP能够快速确定哪些平台和产品最适合这种用例：例如，i.MX RT1170跨界MCU系列就是该客户的潜在解决方案。具体而言，在安全存储方面，i.MX RT1170具有包括防篡改保护在内的安全非易失性存储。此外，它还支持安全内存功能。i.MX RT1170的信任根由高保障安全启动引导。这种安全启动程序可以验证启动映像，以便i.MX RT1170证明系统处于安全的真实状态：换言之，它可以检测到对软件所做的任何修改。
NXP的安全定义是收集特定用例的安全功能要求和流程要求的切入点。因此，安全基元是一个很好的起点，可以帮助您以有条理的方式，将安全要求对应到产品中，从而找到满足您需求的安全解决方案。