受數(shù)據(jù)爆炸性增長并大規(guī)模向云端遷移、以及5G網(wǎng)絡(luò)全面部署等趨勢的影響，網(wǎng)絡(luò)攻擊(Cyberattacks)正變得更加肆無忌憚，其攻擊的速度和準(zhǔn)確性都在不斷增長。多家分析和調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)證實(shí)了這一現(xiàn)象：根據(jù)埃森哲的報(bào)告，2020年，40%的網(wǎng)絡(luò)用戶攻擊源于供應(yīng)鏈問題；Gartner則預(yù)測稱，如果2022年這些公司還沒有去做及時(shí)的固件升級計(jì)劃，補(bǔ)上固件安全漏洞，那么2022年將會有70%的公司因?yàn)楣碳┒丛獾礁鞣N入侵。
理論上來說，沒有一個(gè)系統(tǒng)能免受攻擊威脅，所有系統(tǒng)都有被攻擊的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全(Cyber Security)系統(tǒng)可能會阻止許多攻擊，但如果當(dāng)系統(tǒng)固件(Firmware)處于最低級別時(shí)，這種傳統(tǒng)的安全手段有時(shí)可能也會無能為力。
在長期的實(shí)踐積累中，萊迪思(Lattice)發(fā)現(xiàn)一個(gè)真正出色的安全解決方案，是通過增加網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)(Cyber Resiliency)功能提升網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)等級，實(shí)時(shí)檢測任何正在進(jìn)行的固件攻擊，并將系統(tǒng)恢復(fù)到已知狀態(tài)。而所有這一切的核心，就在于我們必須確保除了加密固件IP(encrypted firmware IP)的所有者之外，再沒有其他人可以訪問任何加密密鑰。
網(wǎng)絡(luò)安全與網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)的區(qū)別
通常來說，網(wǎng)絡(luò)安全是指通過技術(shù)、流程和其他做法來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、應(yīng)用(程序)和數(shù)據(jù)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊；網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)是指系統(tǒng)在不利的網(wǎng)絡(luò)事件(例如網(wǎng)絡(luò)攻擊)出現(xiàn)時(shí)依然能夠持續(xù)交付預(yù)期結(jié)果，它包括信息安全、企業(yè)持續(xù)經(jīng)營和全面的組織恢復(fù)能力。
簡單而言，兩者的主要區(qū)別在于檢測到網(wǎng)絡(luò)攻擊后的處理方式不同。雖然網(wǎng)絡(luò)安全包括了威脅檢測和預(yù)防的概念，但并非所有網(wǎng)絡(luò)安全解決方案都能讓系統(tǒng)根據(jù)這一概念實(shí)時(shí)采取行動緩和攻擊，解決攻擊造成的安全問題，并保持?jǐn)?shù)據(jù)流安全傳輸而不中斷業(yè)務(wù)。實(shí)時(shí)威脅檢測和恢復(fù)正是網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)的核心所在。
2020年，微軟推出Pluton安全處理器，在可信平臺模塊(TPM)概念的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)。根據(jù)微軟的描述，“Pluton是從現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中現(xiàn)有的可信平臺模塊演變而來。TPM存儲操作系統(tǒng)安全相關(guān)的信息并實(shí)現(xiàn)類似Windows Hello的功能。”通過使用Pluton處理器，微軟將單獨(dú)的TPM功能集成到CPU中，成功阻斷對單獨(dú)放置在主板上的CPU和TPM之間的芯片間總線接口的攻擊。
作為網(wǎng)絡(luò)安全解決方案，Pluton無疑是非常強(qiáng)大的，但它在操作系統(tǒng)加載之前的啟動過程中并不能保系統(tǒng)。也就是說，主板上的組件從固件啟動、操作系統(tǒng)加載，直到網(wǎng)絡(luò)安全措施處于活動狀態(tài)，這之間短暫的時(shí)間窗口如今已成為網(wǎng)絡(luò)犯罪分子越來越感興趣的攻擊途徑。因此，為了增強(qiáng)像Pluton這樣的TPM安全性能，系統(tǒng)還需要在硬件可信根(HRoT)上實(shí)施強(qiáng)大的、動態(tài)的、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)機(jī)制。
例如，在進(jìn)行安全啟動硬件時(shí)，主板上的每個(gè)組件僅在其固件被確認(rèn)合法后才被激活，整個(gè)驗(yàn)證過程由HRoT執(zhí)行；此外，HRoT還會持續(xù)監(jiān)控受保護(hù)CPU的非易失性固件，以納秒級響應(yīng)對攻擊做出應(yīng)對，防止其受到攻擊，這種在沒有外部協(xié)助的情況下快速恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的能力，是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)機(jī)制的核心所在。
如前文所述，設(shè)備固件已經(jīng)成為越來越流行的攻擊媒介，不管是廠商的路由器，還是在線的安全監(jiān)控設(shè)備，都曾遇到固件被入侵的情況。因此，針對于固件攻擊的保護(hù)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)定義了一種標(biāo)準(zhǔn)的安全機(jī)制(NIST SP-800-193)，稱為平臺固件保護(hù)恢復(fù)(PFR)。PFR可以用作系統(tǒng)中的硬件可信根，補(bǔ)充現(xiàn)有的基于BMC/MCU/TPM的體系，使之完全符合NIST SP-800-193標(biāo)準(zhǔn)，從而為保護(hù)企業(yè)服務(wù)器固件提供了一種全新的方法，可全面防止對服務(wù)器所有固件的攻擊。
NIST SP-800-193對整個(gè)硬件平臺上的固件保護(hù)提出的規(guī)范性要求主要包含三個(gè)部分：首先能夠檢測到黑客在對固件進(jìn)行攻擊；第二是進(jìn)行保護(hù)，例如有人在對固件進(jìn)行非法的讀寫操作時(shí)，要阻止這些非法行為，并匯報(bào)給上層軟件，發(fā)出警告信息；第三是即使在固件遭到破壞的情況下，也能夠進(jìn)行恢復(fù)，例如從備份文件中恢復(fù)。這三部分(恢復(fù)、檢測、保護(hù))相互融合、相互配合，主要目的就是保護(hù)硬件平臺上的固件。
Sentry安全系統(tǒng)控制解決方案
Sentry方案并不僅僅只是一個(gè)硬件產(chǎn)品，它有一系列相配套的工具、軟件和服務(wù)，目前最新的版本為Sentry 2.0。
從上圖可以看出，Sentry 2.0底層硬件平臺基于MachXO3D和Mach-NX FPGA，這是Lattice符合NIST平臺固件保護(hù)恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)、面向控制的FPGA。當(dāng)使用上述硬件進(jìn)行系統(tǒng)控制功能時(shí)，它們通常是電路板上“最先上電/最后斷電”的器件，通過集成安全和系統(tǒng)控制功能，MachXO3D和Mach-NX便成為系統(tǒng)保護(hù)信任鏈上的首個(gè)環(huán)節(jié)。
與TPM/MCU方案的控制流程和時(shí)序均采用串行處理方式不同，F(xiàn)PGA方案可以同時(shí)對多個(gè)外設(shè)進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，因此實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。而在檢測和恢復(fù)方面，F(xiàn)PGA器件能夠進(jìn)行主動驗(yàn)證，在面對時(shí)間敏感型應(yīng)用或是強(qiáng)度較大的破壞時(shí)，可以做到更快的識別和響應(yīng)。
硬件平臺之上則是一系列經(jīng)過預(yù)驗(yàn)證和測試的IP核、軟件工具、參考設(shè)計(jì)、演示示例、定制設(shè)計(jì)服務(wù)，它們共同構(gòu)成了完整的Sentry方案。在其加持下，PFR應(yīng)用的開發(fā)時(shí)間可以從10個(gè)月縮短到6周。
支持符合NIST平臺固件保護(hù)恢復(fù)(PFR)規(guī)范(NIST SP-800-193)和384位加密的下一代硬件可信根(HRoT)，是Sentry 2.0解決方案的核心亮點(diǎn)。其主要特性包括：
l更強(qiáng)大的安全性能——考慮到許多下一代服務(wù)器平臺都要求支持384位加密，所以Sentry解決方案集合支持Mach-NX安全控制FPGA和安全的Enclave IP模塊，能實(shí)現(xiàn) 384位加密(ECC-256/384和HMAC-SHA-384)，更好地讓受到Sentry保護(hù)的固件防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。
l啟動前身份驗(yàn)證速度提高4倍——Sentry 2.0支持更快的ECDSA(40毫秒)、SHA(高達(dá)70 Mbps)和QSPI性能(64 MHz)。這些特性讓Sentry 2.0可以提供更快的啟動時(shí)間，最大程度減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，并降低啟動過程中遭受固件攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。
l實(shí)時(shí)監(jiān)控多達(dá)五個(gè)固件鏡像——為進(jìn)一步擴(kuò)展基于萊迪思Sentry、符合PFR標(biāo)準(zhǔn)的硬件可信根的功能，該方案能夠在啟動和運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中多達(dá)五個(gè)主板部件。相比之下，基于MCU的安全解決方案缺乏足夠的處理性能，無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控如此多的組件。
同時(shí)，為了讓開發(fā)人員可以在沒有任何FPGA設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的情況下也能快速進(jìn)行開發(fā)，Sentry可將經(jīng)過驗(yàn)證的IP模塊拖放到Lattice Propel設(shè)計(jì)環(huán)境中，修改所給的RISC-V/C語言參考代碼。
結(jié)語
面對網(wǎng)絡(luò)攻擊，新興的思維方式正在從“我們當(dāng)然可以防止攻擊”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爱?dāng)攻擊發(fā)生時(shí)，我們是否能有更好的管理方式去應(yīng)對？”，或者是，“我們該如何變得更加適應(yīng)攻擊？”也許，答案就在于從固件級別起，腳踏實(shí)地的創(chuàng)建一套網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)系統(tǒng)。
