STM32生态系统第十期——信息安全（一） 信息安全的概览...

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STM32生态系统第十期——信息安全（一）信息安全的概览和方法论

在开始本期的具体内容之前，先给大家介绍一下STM32信息安全讲座的总体结构。

这个系列的讲座主要给大家介绍STM32的安全特性，软硬件资源。其中部分硬件IP和软件包里某些功能的实现，是基于密码学原理的，所以在介绍具体STM32的安全之前，我会先给大家回顾一遍这部分的理论知识。

现在进入这一期的正式内容：信息安全的概念和方法论。

在这里，我们会了解到：什么是安全，安全有哪些属性或者要素，哪些措施可以来保证这些要素。安全不是一个点，它是一个整体概念，不仅是系统上的整体，还是时间跨度上的整体。

安全的定义

安全（security）的定义，就是保护【资产】不受破坏。【资产】，一定是有价值的东西，否则没人会有兴趣去破坏它来获利。当然，这里所有讨论的前提是基于一个普世的经济学原理，那就是，一切人类活动基于理智，为了利益最大化。那种杀敌一百自损三千的事情，不在今天讨论的这个security范畴。 有安全的考虑，说明这个【资产】一定有它的弱点。其实世界上一切事物都有弱点，尤其是当它的价值足够引入瞩目的时候，它的弱点就会迅速被挖掘、识别、发现和利用。

资产有多种形式，可以是数字资产比如软件，比如歌曲创造；物理资产比较好理解，我的车，手表；商业资产包括品牌等。

弱点可以是系统中的某个部分，它的缺陷被利用起来，以干扰系统正常运行，从而获取或者破坏资产。

这个系统里的弱点部分可以是静态的某个模块的问题，或者整体架构的不足；也可以是时间上，比如流程上某个环节。

威胁，就是利用资产的弱点来破坏系统运行的一系列行为。

安全是一个在生活中方方面面都存在的问题。从保护消费者个人信息不泄露、到保护工业设备不受攻击，甚至军队、国防，国计民生各个领域。To narrow down，我们今天要讨论的具体内容，是和STM32应用领域相关的【信息安全】的保护，即：保护完整可靠的数据，仅能被授权访问。

另外再提一下，我们今天用中文【安全】二字表达的Security，大家不要和Safety搞混。Safety在中文里也通常用【安全】来表达。为了避免混淆，我们分别加上【信息】和【功能】两个限定词，用【信息安全】来表示security；用【功能安全】来表示safety。前者是今天的讨论主题，它通常是要防止人为恶意的攻击；而后者更多是随机的系统出错后的识别和止损。

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消费者个人信息 - 健康状态、位置、账户、密码，……

产品或者方案 – 服务，软件、品牌、流程、IP，……

工作场所 – 医疗器具、生产设备、交通工具，……

安全三要素

根据安全应用的不同，要保护的【资产】的要素（或者叫属性/property）也有所不同。

信息安全有三个基本要素：C.I.A, Confidentiality：保密，Integrity：完整，Availability：可用。

保密性，很容易理解，通俗讲就是一般人不可知晓。它的另一层意思就是：只有被授权的主体才知道信息的内容。

完整性，Integrity。英文中integrity用来形容人的时候，是“正直”的意思，说明这个人的人品没有污点，在“人之初性本善” 的基础上没有被破坏。

信息的完整性，要分成两个方面来理解，狭义的完整， 就是信息本身没有被修改被破坏；广义的完整性，还包括该信息的来源方是可靠的。举个例子，有人盗取了别人的身份证，然后号称这是他。这个身份证本身是完整的，真正的身份证，符合狭义完整性；但这个身份证不是这个人的。这就不具有广义的信息完整性。

可用性，表示被授权的主体，在需要的时候可以访问到信息或者服务，而不会发生DOS-Denyof Service这样的情况。

信息安全的三要素是很有用的，在讨论系统安全的时候，我们都要想一想：需要实现哪个要素的服务？不同的案例，侧重点怎么样？再进一步，STM32的安全硬件模块，它的硬件防护到底cover的是信息安全里的哪个要素？

比如，大家最熟知的读保护RDP。大家可以想一想。属于权限控制，都是广义的C

我们举一个生活中例子，帮助大家理解和接受 C. I. A的概念。

我们要保护家里的资产，比如电视、洗衣机、冰箱等家具。

第一个措施，封上门窗。那么机密性可以满足了，即不被授权的人进不去。完整性也可以满足，里面家具不会被改变。但是可用性就不行了，被授权的人，比如房屋的主人，也进不去。

第二个措施，不是粗暴地封上门窗，而是给门窗加锁。把钥匙给到授权的人。那么不被授权的人没有钥匙，就无法进入。机密性是可以满足的；被授权的人，即有钥匙的人可以随时进入，可用性也是满足的。但是授权的人进入后，移动了家具的位置，我们是不能马上知道的。因此完整性没有得到满足。

第三个措施，不仅给门窗加锁，还在屋里安装监控。这样家里的东西本拿走或者被移动，我们马上就可以知道了。因此第三个措施，能同时保证机密性、完整性，和可用性。

安全三大工具

【信息安全】的三要素的定义，都提到了授权。机密性，并不代表谁都看不了，是【被授权】的人才能看。完整性，不是说信息不能被修改，是如果被【未被授权】的人修改了要能被接收方发现。可用性，更是建立在授权的基础上，不是谁都可以用，只有【被授权】的人才可以用。由此可见，【授权】在信息安全技术里是个重要的工具。

下面我们就来看看信息安全技术中的三大工具。

信息安全的三大工具，除了刚才多次提到的【授权】，还有另外两个，分别是【标识】和【认证】。

标识，Identity，顾名思义，用来表明主体的身份；这个是主体自己声称的，可能是真的，也可能是假的。

>>比如现在我说我是Lilian在跟你们讲课，但是我们都在线上，并没有见面，你们如何知道我真的是Lilian呢。

这就需要下一步的工具：认证，authentication，来核实“我声称我是lilian这件事” 。可以有很多方法，

>> 比如主持人是一个权威机构，主持人通过他的方式，比如他就坐在我旁边，而且他认识我，那么你们通过和主持人的沟通，确定我，现在讲课的这位女士就是Lilian。或者主持人不和我在一起，但是他事先只给我了进入这个会议作为trainer的密码，那么我现在成功登陆进入到系统里，他就可以确认我是Lilian。

对标识的认证完成后，就要授权该标识所代表的主体可以做什么，不可以做什么。

>> 你们确认了我的身份，对我做一些授权，比如允许我远程操作你们的电脑，查看你们的屏幕；甚至允许我打开摄像头，查看你们的手上板子的运行情况。

我们来看一下，【信息安全】的三大工具，是如何支持【信息安全】的三要素的。

机密性，表示信息不能被未授权的主体获得。有主体，就有标志，有标志就需要认证；然后能访问和不能访问，就是授权的不同。

完整性，表示信息被未授权的主体修改后能被立即识别。广义的消息完整性还要保证信息来源的可靠，即主体可靠。那么自然也就需要标志，和认证。

可用性，表示被授权的主体，在需要的时候能够访问到信息。自然也是有主体，就有认证，然后授权他可以使用某种服务或者访问某种资源，比如信息。

安全分析

了解了信息安全的三要素和三大工具后，接下来，我们从系统的角度来看一下安全分析的模型。

资产是指一切我们认为有价值的对象。

威胁，就是利用系统弱点让资产价值损失的行为，让恶意第三方获得利益的行为。如果第三方觉得不能获利，或者获利的大小抵消不了攻击的成本，那么这个威胁也就不存在。

弱点，是系统能够被外界非法利用的功能。这个弱点不一定是功能没做好；但系统没实现好，肯定是弱点。事实上，与安全相联系的弱点那是太多了。有些时候你觉得匪夷所思，那是因为攻击者，他们是从来不走寻常路。比如你觉得电磁场，觉得跟安全没啥关系。但是电磁场可以泄露信息阿，电磁场也可以扰乱系统啊。从这个角度，我们能很容易的理解：安全是一个整体。

从该模型可以看出，加入安全芯片并不能解决所有问题，因为一些资产依然存在于STM32中。

同样，从该模型可以看出，必要时可采用两颗STM32，其中一颗只运行确定不变的代码，来达到更好的安全效果。

识别安全服务，需要做安全分析。而做安全分析，第一个要搞清楚的问题就是安全保护的对象，资产。如果别人和你谈安全，你就要问他要保护的资产是什么。没有什么好保护的，那就不用谈安全了。安全毕竟也是要花成本的。谈好了要保护的对象，再提他们需要什么样的安全服务，不要一下子就跳到一个AES算法。也许在方向上就错了。

同时系统需要保护的资产可能有多个。

为了帮助大家理解这个模型，我们先举一个生活中的例子。

我们生活中具有重要价值的东西很多，比如我的珠宝、我的房子、我的汽车，还有人本身，都是【资产】，就是图中左边第一列。

这些资产并不是坚不可摧的，在很多条件下，它们会遭受各种不同的威胁，这些条件就是我们生活中的一些具有弱点性质的场景。比如如果我们不在，火灾发生了，可以毁坏房子，房子里的珠宝，汽车和住在里面的人。对应这样的风险，我们可以安装室内消防措施，比如烟雾探测器和防火水泵系统。

珠宝，除了有被火烧毁的风险，还可能遭到小偷的威胁。尤其是我们不在家，或者家里门窗被破坏这样的条件下。对应的保护措施可以是把珠宝存在银行，或者安装更加加固的金属防盗门。

使用安全分析模型的基本思路就是：列出所有资产，理解相关威胁，思考相关弱点，然后策划对应的保护措施。

安全不是一个点，它是一个整体概念，不仅是系统上的整体，还是时间跨度上的整体。安全的思想，应该贯穿产品的整个生命周期，从功能定义，设计，开发，测试；到生产制造、传输，部署，以及使用寿命内的产品维护。

还是刚才举的那个生活中的例子。从威胁分析，我们得知，纵火、小偷、泳池溺水都是对我们要保护的资产的威胁。这是在设计一个安全的家，这个方案的功能定义时，就明确识别出来的。之后的方案设计，我们根据不同的威胁场景规划了不同的保护措施，比如安装消防系统，防盗系统。安装完毕，需要测试系统工作正常；把这个方案交付给客户时，要给出合适的文档，包括各种系统的使用手册，可靠性证明等。这些系统工作的未来十年或更长时间内，还要考虑到产品的维护，功能升级等问题。比如升级摄像系统功能，增加夜视功能，人脸识别等。

综上所述，使用安全分析模型进行产品的定义和设计，识别要保护的对象、系统的弱点和对应的保护措施；然后在产品开发阶段，利用STM32丰富的安全特性，和安全软件包，来构筑强壮的系统。在随后的产品生产，部署后的产品升级，STM32也都提供了相应的方案。在后面的内容，我们会一一展开。

本期回顾

安全的概念，我们首先要区分【信息安全】与【功能安全】，两个完全不同的话题，虽然在中文里都是安全二字。理解信息安全三个要素：CIA，保密，完整与可用，和支持信息安全的三大工具：IAA，标识、认证、授权。

在系统安全分析中，我们要理解，资产是安全第一关注的对象；理解，安全风险来自资产、弱点、威胁的交集；运用安全与资产、弱点、威胁的依赖关系，设计对应的保护措施。

并且，最重要的一点：安全是一个系统的设计和部署，它的安全性取决于整个系统中所有环节里的最短板，必须通盘考虑。不是一个加密算法，一个安全芯片就可以简单解决的。