萬物互聯暢想下，如何應對安全挑戰？
物聯網（IoT）作為數字化轉型浪潮最熱門的科技風口或發展方向，全景融合了嵌入式技術、網絡技術、感知技術、通信技術和信息安全技術等於一身，成為智能家居、可穿戴、工業物聯網、智能城市、自動駕駛汽車等應用場景背後的核心技術支撐。隨著接入設備的指數級增長，我們在體驗了設備之間實現有效通信、自動化、大幅節省時間和成本等便捷後，而另一面指數級升級的“安全威脅“，也逐步成為物聯網（IoT）未來最關鍵的挑戰，諸如物聯網用戶受到網絡攻擊和身份盜用的隱私問題，老舊物聯網設備的加解密技術帶來的安全漏洞等等。
1、什麼是安全？
在英語中，安全一詞有兩種不同的定義：Safety, 通常指功能安全 Functional Safety，即保護系統不受那些隨機故障的影響，功能安全的失效通常造成對人身和環境的破壞及威脅；另一個
Security，強調信息安全 Information Security，保護資產不受惡意威脅而遭受損失。在信息安全的框架下，我們提到資產，就是指一切我們認為有價值的對象；我們要保護資產，有安全的考量，說明資產有弱點，也叫漏洞，也就是系統的脆弱性；威脅，就是利用資產的弱點來破壞系統運行的一系列行為，令資產價值損失，讓惡意第三方獲益。資產、弱點、威脅構成了資產弱點威脅模型。當我們談信息安全時，首先要甄別需要保護的資產是什麼？明確了這一點，才可能針對有風險的系統弱點來制定安全方案、採取安全措施。
根據安全應用的不同，要保護的資產（或者叫屬性/property）也有所不同。與STM32應用領域相關的信息安全保護，就是保護完整可靠的數據，僅能被授權訪問 。
信息安全有三個基本要素：C.I.A，Confidentiality =保密；Integrity =完整；Availability =可用。
保密性，通俗講就是一般人不可知曉。它的另一層意思就是：只有被授權的主體才知道信息的內容。
完整性，Integrity。信息的完整性，要分成兩個方面來理解，狹義的完整， 就是信息本身沒有被修改被破壞；廣義的完整性，還包括該信息的來源方是可靠的。舉個例子，有人盜取了別人的身份證，然後號稱這是他。這個身份證本身是完整的，真正的身份證，符合狹義完整性；但這個身份證不是這個人的。這就不具有廣義的信息完整性。
可用性，表示被授權的主體，在需要的時候可以訪問到信息或者服務。
▲ 信息安全三要素
信息安全有三大工具，標識(Identity)、認證(authentication)和授權(authorization)。標識，用來表明主體的身份，由主體提出，可能是真，可能是假，需要認證；認證，用於核實聲稱的內容，常用方法有詢問你知道的一些事情，你的身份證件，或者你獨有的特徵；對標識的認證完成後，就要授權該標識所代表的主體可以訪問的資源，和可以實施的行為。
那麼，問題來了，信息安全的三大工具是如何支持信息安全三要素的？
▲ 信息安全三要素 VS. 工具
機密性，表示信息不能被未授權的主體獲得。有主體，就有標識，有標識就需要認證；然後能訪問和不能訪問，就是授權的不同。
完整性，表示信息被未授權的主體修改後能被立即識別。廣義的消息完整性還要保證信息來源的可靠，即主體可靠。那麼自然也就需要標誌，和認證。
可用性，表示被授權的主體，在需要的時候能夠訪問到信息。自然也是有主體，就有認證，然後授權他可以使用某種服務或者訪問某種資源，比如信息。
2、安全，貫穿產品的整個生命週期
理解安全的定義、信息安全三要素和三大工具後，我們認識到要做好信息安全保護，需要建立安全分析模型，基本思路就是基於對主體的資產弱點威脅分析，列出所有資產，理解相關威脅，思考相關弱點，然後策劃對應的保護措施 。我們要理解，資產是安全第一關注的對象；認識安全風險來自資產、弱點、威脅的交集；運用安全與資產、弱點、威脅的依賴關係，設計對應的保護措施。
作為開發者，我們一定要建立體系化的安全思維：安全絕不是一個點，它是一個整體概念，不僅是系統上的整體，還是時間跨度上的整體。安全思維需要貫穿產品的整個生命週期，從功能定義，設計，開發，測試；到生產製造、傳輸，部署，以及使用壽命內的產品維護。
安全分析舉例：一個安全的家
安全是一個系統的設計和部署，它的安全性取決於整個系統中所有環節裡的最短板，必須通盤考慮。不是一個加密算法，一個安全芯片就可以簡單解決的。
3、應該學一點密碼學
密碼學的應用是基於一個需要保護的場景或者說模型。那麼為了通訊安全或者設備安全，我們會採用各種各樣的密碼，密碼的背後是加解密技術。 加解密技術說白了就是變換，加密變換和它的反變換 --- 解密變換。
加解密技術也有三個屬性，也叫 CIA，保密性，完整性以及可認證性。注意，加解密技術的A是指Authentication，與信息安全三要素CIA中的可用性 A (Availability) 不一樣。加解密技術提供的服務就是傳輸機密數據(Confidentiality)，校驗數據完整性(Integrity)和身份認證(Authentication)。我們通過加解密的過程來理解：
▲ 加解密過程
- 能夠提供保密服務的算法有對稱加解密技術和非對稱加解密技術，實現機密數據傳輸；
- 能夠提供狹義完整性服務的算法有哈希（單向散列）函數，校驗數據完整性；
- 能夠提供認證鑑別類服務有基於非對稱密鑰技術的數字簽名技術，以及基於對稱密鑰的技術的消息驗證碼 MAC。
加解密技術確實很難，但我們不去發明算法，也不去嘗試攻擊和破解現有算法，我們只是去使用它；而且現在很多加解密庫已經對上封裝的很好，我們只要理解了密碼學基本原理，熟悉了加解密庫的API接口，就可以比較方便的使用它了。
4、STM32的安全特性
▲ STM32現有安全特性全景圖
如上圖，STM32安全特性涵蓋硬件、軟件例程、軟件工具，以及用於解決安全生產或者說安全固件燒錄的整套服務，SFI（安全固件安裝）。
藍色部分代表硬件，包括存儲與執行保護模塊、芯片UID、外部監測模塊和加解密模塊。
- 存儲與執行保護模塊：包括讀保護RDP、寫保護WRP、私有代碼保護PCROP、唯一啟動入口UBE、安全用戶閃存、MPU、防火牆firmware；最新的產品系列L5中，還有TrustZone安全隔離功能，區分可信代碼和非可信代碼。
- 芯片UID（unique ID）：是ST提供給每個STM32芯片的唯一ID號，出廠前就寫在了片上閃存的系統flash，它與安全不直接相關，但會在安全相關應用中用到；
- 外部監測模塊：如看門狗，Tamper外部入侵檢查；
- 加解密模塊：包括真隨機數產生器 TRNG、對稱加解密加速器 AES、對稱加解密加速器 Crypto、哈希模塊 HASH、非對稱加解密加速器 PKA。
灰色部分是軟件例程包：
- 基於存儲與執行保護模塊的各個例程；
- 加解密庫，一方面有基於下面加解密硬件模塊的實現，也有僅依賴於Cortex-M內核的軟件實現。
- SBSFU安全包，是結合了基本所有硬件模塊和加解密技術的應用，實現了安全啟動和安全升級。SBSFU是由ST開發的，針對嵌入式領域安全啟動和安全升級的免費開源參考實現。開發者可按需裁剪，集成到自己的應用中；或者參考它，做自己的實現。
- 來自ARM的開源協議棧mbedTLS，集成在帶以太網IP的STM32系列的Cube包中。
安全固件安裝（SFI：Secure Firmware Install）用於解決安全生產或者說安全固件燒錄的整套服務，HSM是一個硬件，幫助SFI服務的實施。安裝，就是指在空片上燒錄初始版本的應用固件，通常發生在產線上。SFI適用於OEM把一批次的STM32和自己開發好的固件給到第三方或者不可信的產線去燒錄時，解決OEM對產線安全方面的顧慮；比如，OEM開發的固件會有私密性要求，防止知識產權洩露；另外，OEM可以控制固件燒錄的次數，規避品牌資產帶來風險。
作為STM32生態系統的一部分，STM32CubeProgrammer和TrustPackageCreator 是學習和操作SBSFU需要用到的軟件工具。CubeProgrammer是STLINKUtility的繼承者，主要用來燒寫、讀取、擦除STM32片上閃存以及選項字節；TrustPackageCreator專門服務於安全應用，SBSFU和SFI都會用到，TrustPackageCreator沒有單獨的下載包，它的GUI和命令行版本的程序，都是在CubeProgrammer的安裝目錄下。
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