嵌入式系统安全架构白皮书

news2025/4/1 15:32:50

嵌入式系统安全架构白皮书

一、安全威胁模型

1.1 典型攻击面分析

1.2 威胁等级分类

威胁等级	影响范围	响应要求
L1 致命	系统控制权丢失	<50ms响应
L2 严重	敏感数据泄露	<1s隔离
L3 一般	服务降级	<5s恢复

二、安全架构设计原则

2.1 零信任架构

// 动态权限验证示例
void access_critical_resource(uint32_t token) {
    if (!secure_validate_token(token)) { // 硬件加速验证
        trigger_security_lockdown();
        return;
    }
    // 资源访问操作
}

2.2 分层防御体系

层级	技术措施	实现示例
物理层	防篡改封装	环氧树脂封装+网格传感器
硬件层	安全启动	eFuse+HSM
系统层	微内核架构	seL4认证内核
应用层	沙箱隔离	WASM运行时

三、硬件安全架构

3.1 安全芯片选型矩阵

特性	基础级	增强级	军用级
加密引擎	AES-128	AES-256+ECC	国密算法
存储保护	OTP	PUF+加密存储	抗辐射封装
认证标准	FIPS 140-2 Level 2	CC EAL 5+	NSA Suite B

3.2 硬件信任根构建

四、软件安全架构

4.1 安全内核设计

// 微内核系统调用处理
__attribute__((naked)) 
void syscall_handler(void) {
    asm volatile(
        "push {r0-r12}        \n"
        "bl validate_syscall  \n"  // 权限检查
        "cmp r0, #0           \n"
        "bne syscall_reject   \n"
        "pop {r0-r12}         \n"
        "svc #0               \n"
    );
}

4.2 安全服务层架构

服务模块	功能	安全机制
加密服务	算法加速	硬件隔离+抗DPA设计
密钥管理	生命周期管理	多级密钥派生
安全存储	数据加密	基于TEE的加密文件系统
安全升级	固件验证	双镜像回滚机制

五、通信安全架构

5.1 安全协议栈设计

5.2 实时通信安全指标

指标	要求	测试方法
端到端延迟	<10ms	时间戳挑战响应
密钥更新周期	≤1小时	前向安全协议
抗重放攻击	100%检测	序列号+时间窗

六、数据安全架构

6.1 数据生命周期保护

阶段	保护措施	技术实现
生成	熵源质量检测	NIST SP 800-90B验证
存储	加密+完整性	AES-GCM+HMAC
传输	通道加密	TLS 1.3+PSK
销毁	安全擦除	多次覆写+磁场消除

6.2 隐私保护技术

// 差分隐私处理示例
float private_data_process(float raw_data) {
    float noise = laplace_noise(0.0, 1.0);  // 拉普拉斯噪声
    return raw_data + noise * sensitivity / epsilon;
}