學(xué)嵌入式工程師培訓(xùn)課程_當(dāng)前嵌入式處理器存在的漏洞

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學(xué)嵌入式工程師培訓(xùn)課程_當(dāng)前嵌入式處理器存在的漏洞,   

最近，計算機科學(xué)家公布了一種新型攻擊，稱為Orc攻擊，它威脅到嵌入式應(yīng)用中常用的簡單處理器。最重要的是，作者已經(jīng)證明，很小的實施決策都可能會導(dǎo)致或者防止嚴(yán)重的硬件漏洞的出現(xiàn)。“這里的關(guān)鍵點在于，即使是簡單的設(shè)計步驟，例如添加或刪除緩沖區(qū)，不經(jīng)意間也可能在任何處理器中引入隱蔽信道漏洞，”發(fā)現(xiàn)Orc攻擊的Kaiserslautern-Stanford團(tuán)隊成員Mo Fadiheh說。

硬件漏洞會影響、醫(yī)療和系統(tǒng)的安全性，只有安全飛地和信任根還不夠。

2018年1月，計算機安全研究人員披露了兩個重大的處理器安全漏洞：Meltdown（熔斷）和Spectre（幽靈），惡意程序可以利用這些漏洞竊取安全數(shù)據(jù)。

工程界和普通民眾早已習(xí)慣了為修補軟件漏洞而頻繁更新app或安裝操作系統(tǒng)補丁。而這里所說的不同，罪魁禍?zhǔn)资怯布�，而硬件更新可不便宜�?

修補硬件漏洞唯一可行的方法是發(fā)布新的軟件，以降低系統(tǒng)速度與能效為代價，屏蔽易受攻擊的硬件功能或避免使用它們。Meltdown和Spectre的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列針對硬件安全的調(diào)查。

截至目前，安全研究人員已經(jīng)公布了更多的硬件漏洞，包括Foreshadow、ZombieLoad、RIDL和Fallout。這些硬件缺陷危及個人計算機、智能甚至云的安全性。

  

圖1：攻擊者進(jìn)程通過基于行填充緩沖區(qū)（LFB）的微架構(gòu)側(cè)信道從受害者進(jìn)程中竊取機密數(shù)據(jù)。受害者和攻擊者進(jìn)程處于不同的安全域中。（：S. van Schk等，RIDL：Rogue In-Flight Data Load）

那嵌入式系統(tǒng)是否就安全了呢?

圍繞著處理器的安全漏洞有一個共同主題——它們都針對具有先進(jìn)性能優(yōu)化的現(xiàn)代高端實現(xiàn)功能，事實證明，這些先進(jìn)功能可能被惡意目的利用。

而嵌入式系統(tǒng)通常采用相對簡單的處理器實現(xiàn)。它是一個封閉的環(huán)境，供應(yīng)商應(yīng)該可以更嚴(yán)格地控制它。實際上，在DVCon US 2019會議上，在開放式指令集架構(gòu)（ISA）的驗證和合規(guī)性討論期間這個問題已經(jīng)被提出來。開放式ISA，特別是RISC-V，以及MIPS等，提供優(yōu)于專有架構(gòu)的優(yōu)勢，越來越受到半導(dǎo)體行業(yè)和嵌入式設(shè)備社區(qū)的關(guān)注。

嵌入式處理器被應(yīng)用于許多聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，例如工廠、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)（）設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和產(chǎn)品，以及自動駕駛、飛機和其它生命安全攸關(guān)的關(guān)鍵應(yīng)用。

不同于普遍的看法，嵌入式平臺上運行的軟件來自多個通常不受信任的源，例如那些允許用戶運行第三方應(yīng)用程序或運行來自多個供應(yīng)商和開源庫的大型軟件堆棧的平臺。為了最大化硬件利用率并降低成本，關(guān)鍵和非關(guān)鍵應(yīng)用程序在同一物理處理器上運行。例如，汽車電子控制單元（ECU）可以在同一處理器內(nèi)核上執(zhí)行信息娛樂代碼以及安全攸關(guān)功能。

直到最近，安全防護(hù)還主要集中在軟件堆棧上，其硬件提供諸如信任根的底層防護(hù)功能。RISC-V基金會將精力主要放在安全平臺和機制的實現(xiàn)上，以防止不受信任的代碼影響關(guān)鍵系統(tǒng)功能的完整性。這些安全功能對于驗證軟件更新至關(guān)重要。從理論上講，這些方法沒有問題，不受信任的軟件只能在定義好的保護(hù)殼內(nèi)運行，無法突破或竊取安全飛地的敏感信息。

漏洞并非高端處理器所獨有嵌入式行業(yè)吃, 嵌入式軟件c書籍, 我們身邊的嵌入式, 文字嵌入式如何取消, 墻壁嵌入式收縮餐桌, 嵌入式開發(fā)板哪款好, 廣州粵嵌嵌入式培訓(xùn), 嵌入式用什么語音, 研凌嵌入式工控機, 學(xué)校嵌入式培訓(xùn), 嵌入式海關(guān)鎖好用嗎, 嵌入式實驗劃線, 嵌入式以床養(yǎng)老, 汽車電子嵌入式測試, 嵌入式編程常用軟件, 嵌入式六位密碼鎖, 嵌入式操作系統(tǒng)前景, 面向?qū)ο蟮那度胧? 嵌入式直流電源系統(tǒng), 相機標(biāo)定嵌入式,

不幸的是，還有一個復(fù)雜的問題。

最終的結(jié)果是，Orc和側(cè)信道攻擊打破了特權(quán)級和用戶級域之間的隔離。加密和安全驗證可以被繞開。惡意代理程序可以推斷出秘密數(shù)據(jù)，包括密碼、社會安全號碼和醫(yī)療記錄;暴露用于驗證固件更新的密鑰可能允許攻擊者加載自己的代碼并以更高的權(quán)限執(zhí)行它或替換操作系統(tǒng)中的某些功能;用于DoS攻擊的后門或終止開關(guān)可能被添加;還有無數(shù)的可能性�！皬睦碚撋现v，黑客可以使用Orc漏洞來控制自動駕駛汽車或者征用物聯(lián)網(wǎng)上聯(lián)網(wǎng)的計算機，”斯坦福大學(xué)電子工程和計算機科學(xué)教授，團(tuán)隊成員Subhasish Mitra說。

業(yè)界已經(jīng)意識到了這些風(fēng)險，并正在積極尋求解決方案。例如，英飛凌就參與了發(fā)現(xiàn)Orc漏洞的研究工作。

一種防止硬件漏洞的系統(tǒng)方法

證明微架構(gòu)側(cè)信道不存在很復(fù)雜。硬件安全驗證不僅僅是確保正確實施ISA安全功能，開發(fā)和分析威脅模型也是不夠的，因為攻擊場景需要被提前識別。

發(fā)現(xiàn)Orc漏洞的同一個團(tuán)隊發(fā)明了一種強大的方法可以在大規(guī)模生產(chǎn)和部署IC之前檢測設(shè)計過程中的硬件漏洞，這就是唯一程序執(zhí)行檢查（UPEC），它可以系統(tǒng)地檢測來自處理器微架構(gòu)和較小實施決策中的漏洞。

  

圖2：除一些受保護(hù)的秘密數(shù)據(jù)外，UPEC創(chuàng)建包含相同數(shù)據(jù)的同一計算系統(tǒng)的兩個實例。 基于形式驗證的分析揭示了是否有可能構(gòu)建進(jìn)程在未被授權(quán)訪問秘密數(shù)據(jù)的情況下在兩個系統(tǒng)中以不同的方式執(zhí)行。（：M. R. Fadiheh等，處理器硬件安全漏洞及其唯一程序執(zhí)行檢查的檢測。）

“Orc漏洞的出現(xiàn)反映出，芯片設(shè)計師每天都會做出的看似無害的設(shè)計決策，但可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的缺陷，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的計算機架構(gòu)專家Mark D. Hill教授說�！巴ㄟ^UPEC，設(shè)計人員可以更加自信地發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)計中所有潛在的隱蔽信道缺陷。”

嵌入式系統(tǒng)需要高完整性的IC

在嵌入式系統(tǒng)中，不太可能完全信任和控制軟件堆棧的所有層。因此，即使使用簡單的處理器內(nèi)核，利用硬件實現(xiàn)中的漏洞，實施微架構(gòu)側(cè)信道攻擊也會對安全造成真正的威脅。

基于RISC-V ISA的開源硬件為更高級別的安全審查提供了機會。但同時，惡意代理軟件也可以對設(shè)計執(zhí)行詳細(xì)分析并發(fā)現(xiàn)低級漏洞。

而且嵌入式設(shè)備一旦部署，更換處理器就很困難且成本高昂。所以，替代方案就是在部署之前即識別硬件漏洞來防止側(cè)信道攻擊。UPEC是一種強大的硬件安全驗證技術(shù)。其基于形式驗證的屬性檢查，可以系統(tǒng)地識別硬件寄存器傳輸層（RTL）設(shè)計模型中的漏洞，而不用依靠專業(yè)知識來猜測可能存在的問題。

數(shù)據(jù)安全性（Security）是IC完整性的基石，當(dāng)然還有信任、功能正確性和生命安全性（Safety），各種因素相輔相成，例如安全漏洞或硬件木馬可能會危及自動駕駛汽車的安全性�？梢姡琁C完整性對如今的數(shù)字世界至關(guān)重要。

當(dāng)前UPEC的實施是利用OneSpin Soluons提供的IC完整性來保證產(chǎn)品構(gòu)建的。