基于使用機器到機器(M2M)等協(xié)議的聯(lián)網設備不斷普及的發(fā)展趨勢，網絡(特別是無線網絡)的安全性越來越受人們的關注。外面的世界危險無處不在，仍有許多人想要破壞建立這些連接所需的社會性和關鍵性基礎設施。

針對基于MCU、MPU或FPGA的嵌入式無線或有線M2M系統(tǒng)，特別是在當今普遍聯(lián)網但易受攻擊的世界中，良好的安全性要求采取以下這些全部使用了標準加密算法的措施：

使用TLS的網絡通信安全

使用IPSec的虛擬專用網安全(VPN)

使用SSH的安全登錄和系統(tǒng)交互

使用SFTP的安全文件傳送

安全的電子郵件——加密的電子郵件和安全的郵件服務器鏈路

安全的網站服務器——https

安全的管理——SNMP v3

使用加密和檢查過的映像進行安全啟動

本文簡要討論了上述各項安全措施應用到M2M的情況以及總的系統(tǒng)級考慮因素。M2M系統(tǒng)要求高度的安全性來保護信息和系統(tǒng)。沒有這種無縫的集成和測試，就會存在安全漏洞，系統(tǒng)很容易受到攻擊，并可能發(fā)生可怕的后果。

使用TLS進行網絡通信

在 M2M系統(tǒng)中，不管是哪種無線類型，所有無線鏈路都會使用某種加密技術來保護無線傳輸的數據。在一個節(jié)點內或兩個有線節(jié)點之間，負荷數據以明碼的方式存在于有線/無線混合系統(tǒng)中。一種方法是使用傳輸層安全(TLS)協(xié)議。TLS作為網絡中兩個節(jié)點之間的端到端加密技術，可確保數據不管走哪條路徑總是安全的。

TLS很容易配置和使用，正是這個原因，TLS是人們非常青睞的一種通信安全方法。TLS的典型實現遵照的是針對應用程序可移植性開發(fā)的事實上的openSSL接口標準。這種應用程序編程接口(API)是套接字(socket)接口中的表示層，可為應用程序提供安全性。

在套接字通信之上提供TLS層可以為安全應用提供安全的套接字通信，而直接使用套接字的通信是不安全的，因為所有數據都是明碼傳輸。

使用IPSec協(xié)議的虛擬專用網(VPN)

許多時候，網絡中兩個節(jié)點之間的所有通信都要求是安全的。在這種情況下，可以建立虛擬專用網(VPN)(圖2)。這種協(xié)議深入TCP/IP實現內部，對兩個節(jié)點間傳輸的所有數據包進行加密。因為IPSec是作為網絡層的一部分，因此節(jié)點之間的所有套接字調用都會自動加密。

有人可能會問，既然如此，為什么我們還要使用其它方法，用這一種方法不就可以了嗎?原因有兩個。第一個原因很好理解：VPN的建立相當麻煩，會遇到很多問題。正是這個原因使得它的使用面不如想像的那么廣。

第二個原因是最好的安全性需要建立在各層中。通過提供各個安全層，被攻破的難度就要大得多。這與打開多重鎖著的門才能進入金庫是一個道理——每個層都增加了入侵難度?；谶@個理由，最好采用更多的安全措施，而不僅是VPN.

安全殼

為了登錄并在遠程系統(tǒng)上工作，小型系統(tǒng)上經常使用telnet.現在通過增加額外的閃存空間，你可以運行安全殼(SSH)(圖3)。SSH就像是一種安全的 telnet，但并不是運行在TLS之上的telnet.SSH有它自己的協(xié)議。它通過在MCU上運行的SSH服務器提供安全殼訪問。

只是因為在使用文件傳送協(xié)議(FTP)時使用了登錄身份和口令，許多人就認為這是安全的傳送。事實上，即使是口令在網絡上也是明碼傳送的。更好的方法是使用安全文件傳送協(xié)議(SFTP)。SFTP并不是在TLS上運行的FTP.而是如圖4所示那樣，是另外一種用于加密文件傳送的特殊協(xié)議。

安全的電子郵件

郵件服務器之間的業(yè)務通常用TLS加以保護。但TLS只能保證只有授權和認證的用戶才能使用服務器，而監(jiān)視網絡業(yè)務的任何人都無法閱讀郵件?；谶@個理由，如果你使用SMTP協(xié)議從基于MCU的M2M傳感設備安全地發(fā)送通知，你也需要TLS。

使用TLS的SMTP傳輸可以確保只有授權用戶才能使用電子郵件服務器，并加密發(fā)送數據。如果消息在發(fā)送前得到了加密和簽名，那么這些消息就能被擁有正確消息密鑰的人加以鑒權，確保其私密性。

當然，在服務器上使用的安全性并不能應用于任何給定節(jié)點中的消息內容。因此消息需要簽名和加密才能確保自身的安全性。

安全的網站服務器訪問

為了安全地進行網站頁面訪問和數據傳送，可以使用HTTP Secure(HTTPS)。采用任何M2M配置的網站服務器(圖6)都要求支持HTTPS.HTTPS是聯(lián)合運用TLS以及HTTP協(xié)議實現的。網站服務器本身可以通過HTTPS獲得加密的數據包進行處理，并提供傳送之前加密的解過密的網頁。

圖6：瀏覽器具有足夠的智能使用TLS上的http進行連接，從而支持安全的網站訪問。http服務器也接受TLS上的請求，以便提供安全的網頁訪問和更新。

安全管理

為了管理遠程設備，我們經常使用安全網絡管理協(xié)議(SNMP)。SNMP提供了查看設備內部細節(jié)、重新配置設備、執(zhí)行各種命令、讀取數據、讀取記錄和設置變量的一種方式。為了做到這一點，要求使用最新的安全版本(SNMP v3)(圖7)。許多實現人員試圖使用較早版本的SNMP，但這些版本都是不安全的。

客戶端和服務器都要求支持SNMPv3才能實現安全的管理。如果服務器只支持SNMPv1和2c，是無法實現加密或認證的。為了提供完整的安全性，加密和認證都是必須的。

安全啟動

當在系統(tǒng)上執(zhí)行遠程更新時，需要一個安全的系統(tǒng)來下載新的映像、重新編程器件，并確保程序工作正常，但這方面的安全性經常被人們所忽視。如果沒有安全的啟動措施，新的映像可能被加載到設備上，控制被暗中破壞，或者算法被篡改，從而可能導致嚴重的后果。

所有這些安全服務都需要與操作系統(tǒng)一起工作。認為這種復雜程度不需要實時操作系統(tǒng)(RTOS)就可以對付恐怕是癡心妄想。只有將這些組件無縫地集成進操作系統(tǒng)然后經過嚴格的測試才能保證其安全性。

有些人試圖提供附加模塊來實現上述多種安全功能，但沒有操作系統(tǒng)的集成和測試，很容易留下安全隱患。通過無縫集成和基于工廠的測試，安全性將得到改進和修復(如果需要的話)，并在系統(tǒng)級別完成。
審核編輯：彭菁