沒有其他地方像工業(yè)部門那樣明顯地轉(zhuǎn)向數(shù)字化。生產(chǎn)環(huán)境不斷變化 — 它是網(wǎng)絡(luò)化的，不同公司部門之間甚至跨公司邊界的溝通越來越多。公司所有相關(guān)方（無論是人還是機(jī)器）之間都有無數(shù)不同數(shù)據(jù)的生動(dòng)交換。以前只有單個(gè)機(jī)器相互連接，而未來網(wǎng)絡(luò)將無處不在 - 從單個(gè)傳感器和執(zhí)行器到機(jī)器和完整系統(tǒng)。由于工業(yè)4.0或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）推動(dòng)的向數(shù)字化過渡，所有生產(chǎn)參與者都實(shí)現(xiàn)了連接。以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)正日益成為必不可少的通信標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈儽纫郧暗默F(xiàn)場(chǎng)總線具有決定性的優(yōu)勢(shì)，例如更高的傳輸速率和更高的可靠性。此外，工業(yè)以太網(wǎng)提供了將網(wǎng)絡(luò)中的整個(gè)通信技術(shù)（從傳感器到云）引入一個(gè)獨(dú)特標(biāo)準(zhǔn)的可能性。它通過實(shí)時(shí)功能和確定性補(bǔ)充了經(jīng)典以太網(wǎng)。我們談?wù)摃r(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN），這是在標(biāo)準(zhǔn)化組織IEEE 802（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組）框架內(nèi)開發(fā)的幾個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)會(huì)，這些子標(biāo)準(zhǔn)定義了具有盡可能低延遲或高可用性的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。然而，這些TSN網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是無數(shù)的傳感器，設(shè)備和系統(tǒng)，它們?cè)絹碓蕉嗟嘏鋫?a href="http://www.makelele.cn/v/tag/150/" target="_blank">人工智能，并且將來能夠做出自己的決定。這種自主系統(tǒng)以及由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量的增加給自動(dòng)化系統(tǒng)的制造商，特別是在IT和網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，帶來了極大的挑戰(zhàn)。未來，隔離良好的機(jī)器區(qū)域必須是開放的，并且可以與外界進(jìn)行通信。與純粹的工藝可靠性或生產(chǎn)可用性相比，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的需求變得越來越重要，這些領(lǐng)域相互依賴性很強(qiáng)。這并不是網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)提高的唯一原因。即使是最近發(fā)生的諸如Stuxnet，Want to Cry或?qū)Φ聡?guó)聯(lián)邦議院的攻擊之類的事件，也極大地推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)安全的重要性。

然而，由于機(jī)密性、完整性和可用性的保護(hù)目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)安全是一個(gè)復(fù)雜的問題。只有在無法進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的信息檢索時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)保密。完整性包括數(shù)據(jù)的正確性（數(shù)據(jù)完整性）和系統(tǒng)的正確運(yùn)行（系統(tǒng)完整性）?？捎眯允侵感畔⒓夹g(shù)系統(tǒng)的功能程度;也就是說，系統(tǒng)是否隨時(shí)可以使用，以及數(shù)據(jù)處理是否也正常運(yùn)行。身份驗(yàn)證和授權(quán)等進(jìn)一步的保護(hù)目標(biāo)闡明了用戶的身份及其對(duì)安全數(shù)據(jù)源的訪問權(quán)限。承諾/不可否認(rèn)性可確保通信參與者不會(huì)拒絕消息。

因此，網(wǎng)絡(luò)安全處理一個(gè)不斷變化的問題，這是貫穿設(shè)備、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)生命周期的問題。隨著新漏洞的不斷發(fā)現(xiàn)和新的黑客攻擊方法的發(fā)現(xiàn)，有必要一次又一次地更新設(shè)備和系統(tǒng)并消除已識(shí)別的漏洞。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須允許對(duì)重要功能進(jìn)行安全更新，從而受到永久保護(hù)。然而，對(duì)于此類系統(tǒng)的汽車制造商和開發(fā)人員來說，這很難在其應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)不斷變化的安全要求，因?yàn)檫@是一個(gè)非常廣泛的主題領(lǐng)域，因此超出了他們的實(shí)際工作范圍。因此，在開發(fā)的早期階段與適當(dāng)?shù)腎T和安全專家合作是有意義的。否則，存在未檢測(cè)到的漏洞可能會(huì)損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過新產(chǎn)品和技術(shù)潛在收益的企業(yè)，或者最壞的情況甚至可能危及其業(yè)務(wù)。

傳統(tǒng)上，網(wǎng)絡(luò)安全被視為一個(gè)IT問題，需要實(shí)施安全的操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序協(xié)議，防火墻和其他網(wǎng)絡(luò)入侵防御解決方案。然而，由于向數(shù)字化的過渡，機(jī)器在未來必須盡可能智能和自主，從而產(chǎn)生更多的功能、更多的連接性，同時(shí)更高的數(shù)據(jù)量。因此，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要性顯著增加。以前有些系統(tǒng)不需要安全或保護(hù)，現(xiàn)在它們極易受到可能使其癱瘓的攻擊。對(duì)于此類有前途的系統(tǒng)制造商，仔細(xì)檢查和評(píng)估潛在漏洞并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施非常重要。

適當(dāng)?shù)陌踩δ軕?yīng)盡早實(shí)施，最好是在系統(tǒng)信號(hào)鏈的起點(diǎn);也就是說，在從真實(shí)的物理世界到數(shù)字世界的過渡中。這個(gè)周期就是所謂的最佳點(diǎn)，它似乎是信號(hào)鏈中最有希望的點(diǎn)。該點(diǎn)通常由傳感器或執(zhí)行器形成。在這里，對(duì)可信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的復(fù)雜性通常相對(duì)較低，這也可以增加對(duì)基于數(shù)據(jù)的決策的信心。但是，如圖 1 所示，這個(gè)最佳點(diǎn)需要高度的硬件標(biāo)識(shí)和數(shù)據(jù)完整性，以實(shí)現(xiàn)最高級(jí)別的數(shù)據(jù)安全性，從而增強(qiáng)操作系統(tǒng)對(duì)安全數(shù)據(jù)的信心。已經(jīng)在硬件級(jí)別實(shí)現(xiàn)身份和完整性（即已經(jīng)嵌入芯片中的保護(hù)功能）為生成適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)安全性提供了最有希望的方法。這就是所謂的信任根開始的地方。

信任根

信任根是一組相關(guān)的安全功能，它們將設(shè)備中的加密過程控制為一個(gè)在很大程度上獨(dú)立的計(jì)算單元。在這種情況下，通常通過按順序鏈接的步驟控制硬件和軟件組件來生成安全的數(shù)據(jù)傳輸。

保護(hù)可信、無攻擊的應(yīng)用程序首先使用您自己的標(biāo)識(shí)或您自己的密鑰來完成。在這里分配和檢查設(shè)備或人員的訪問授權(quán)。盡管身份和密鑰已建立，但它們?nèi)匀皇切湃胃牡谝徊街凶铌P(guān)鍵的元素，因?yàn)樵O(shè)備的安全性取決于密鑰的保護(hù)。因此，有必要實(shí)現(xiàn)額外的保護(hù)功能，以確保密鑰的安全存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給正確的收件人。

為了能夠保護(hù)設(shè)備的實(shí)際功能免受未經(jīng)授權(quán)的訪問，在啟動(dòng)設(shè)備時(shí)需要安全啟動(dòng)過程。軟件的身份驗(yàn)證和后續(xù)破譯將確保設(shè)備免受攻擊和操縱。如果沒有安全啟動(dòng)，潛在攻擊者相對(duì)容易入侵、操縱和執(zhí)行容易出錯(cuò)的代碼。

安全更新是處理不斷變化的應(yīng)用程序環(huán)境和新出現(xiàn)的安全漏洞的重要步驟。一旦發(fā)現(xiàn)新的硬件或軟件漏洞，就應(yīng)該通過更新設(shè)備盡快進(jìn)行補(bǔ)救，甚至在攻擊造成重大損害之前。還會(huì)執(zhí)行安全更新以修復(fù)任何產(chǎn)品錯(cuò)誤或?qū)嵤┊a(chǎn)品改進(jìn)。

為了使受信任的環(huán)境能夠執(zhí)行其他安全服務(wù)，例如加密應(yīng)用程序編程接口 （API），是必需的。它還包括加密、身份驗(yàn)證和完整性等保護(hù)功能。

所有這些安全功能都應(yīng)放置在與設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用分開且受保護(hù)的執(zhí)行環(huán)境中，以確保代碼中沒有可能導(dǎo)致設(shè)備間接損壞的錯(cuò)誤。

網(wǎng)絡(luò)安全，半導(dǎo)體制造商面臨的一個(gè)日益嚴(yán)重的問題

ADI公司（ADI）是面向未來的產(chǎn)品供應(yīng)商之一，是應(yīng)對(duì)IIoT和工業(yè)4.0大趨勢(shì)的領(lǐng)先供應(yīng)商之一，半導(dǎo)體制造商長(zhǎng)期以來一直關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全。為了滿足日益增長(zhǎng)的安全要求，ADI公司試圖將信任根的概念納入其產(chǎn)品和開發(fā)中。目標(biāo)是能夠?yàn)樗麄冴P(guān)注的領(lǐng)域或行業(yè)提供適當(dāng)?shù)目构舢a(chǎn)品，從而確保最高程度的客戶信心并顯著增加其應(yīng)用程序的價(jià)值。這主要意味著在連接到網(wǎng)絡(luò)的地方引入安全性。這主要是指用于通信領(lǐng)域的半導(dǎo)體產(chǎn)品，特別是工業(yè)以太網(wǎng)和TSN組件。此外，只要芯片上存在集成系統(tǒng)，安全性也是不可避免的;也就是說，微處理器處理基本功能的地方。

對(duì)于制造商來說，一個(gè)決定性因素是與可能已經(jīng)處于項(xiàng)目定義階段的客戶進(jìn)行早期合作。這使得設(shè)計(jì)中包含了最基本的安全要求，從而保護(hù)了整個(gè)信號(hào)鏈。因此，身份已經(jīng)可以直接嵌入到信號(hào)鏈的傳感器節(jié)點(diǎn)的物理層面，從而確保對(duì)數(shù)據(jù)通信安全性的更大信心。正是出于這個(gè)原因，ADI公司擴(kuò)大了其網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)知識(shí)，并收購了Sypris Electronics的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案（CSS）部門。通過此次收購，ADI公司成立了一家知名的網(wǎng)絡(luò)安全高安全技術(shù)制造商和安全服務(wù)提供商，這將使ADI公司能夠在未來為客戶提供高度靈活、可靠和集成的系統(tǒng)級(jí)安全解決方案。通過安全密鑰生成/管理、安全啟動(dòng)、安全更新、安全內(nèi)存訪問和安全調(diào)試，這些所謂的 CSS 安全解決方案超越了傳統(tǒng)的加密技術(shù)。它們?yōu)榻?jīng)典加密解決方案提供了完全集成的替代品，并且在未來將毫不費(fèi)力地實(shí)現(xiàn)高度安全的硬件平臺(tái)，從而顯著提高其為客戶提供的產(chǎn)品的價(jià)值。

CSS網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，或者更確切地說，它的所有安全功能，通常在單獨(dú)的基于FPGA的子系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，該子系統(tǒng)與芯片的實(shí)際應(yīng)用功能并行運(yùn)行。這稱為可信執(zhí)行環(huán)境 （TEE）。

基于 FPGA 的實(shí)現(xiàn)可輕松實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的軟件升級(jí)，輕松消除任何潛在的產(chǎn)品漏洞。

與基于軟件的加密技術(shù)不同，這種基于硬件的解決方案使用專用處理器來計(jì)算加密算法和專用存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)安全密鑰托管。專用內(nèi)存只能通過專用處理器訪問。通過使用專用組件，TEE和所有敏感操作可以與系統(tǒng)的其余部分隔離，從而提高加密功能的執(zhí)行速度，同時(shí)顯著減少黑客的潛在攻擊面。

它可以防止對(duì)芯片其余部分的任何未經(jīng)授權(quán)的訪問，同時(shí)通過API接口訪問加密功能。因此，可以實(shí)現(xiàn)非常高的安全性。

結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)安全和保護(hù)技術(shù)系統(tǒng)免受可能的攻擊是向數(shù)字化過渡的關(guān)鍵要素，尤其是在自動(dòng)化行業(yè)。由于缺乏法規(guī)，尤其是缺乏網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)，許多公司對(duì)于如何解決這一重要問題仍有很大的不確定性。

對(duì)其流程的（可接受的）風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估只是一個(gè)開始，而是一個(gè)中心點(diǎn)。但是，網(wǎng)絡(luò)安全如何才能進(jìn)一步扎根于公司及其產(chǎn)品中？最重要的是，制造公司依賴于專家的支持及其專業(yè)知識(shí)。

ADI公司長(zhǎng)期以來一直在解決這一問題，并為自己設(shè)定了開發(fā)安全產(chǎn)品組合的任務(wù)，以促進(jìn)安全解決方案的引入并建立信任，以推進(jìn)工業(yè)4.0和IIoT的引入。

其中包括開發(fā)基于硬件的交鑰匙解決方案，使客戶能夠輕松地將數(shù)據(jù)安全性集成到其產(chǎn)品中。與基于軟件的加密技術(shù)相比，半導(dǎo)體制造商具有許多優(yōu)勢(shì)，因此越來越關(guān)注基于硬件的加密解決方案，以支持尖端技術(shù)解決方案并保護(hù)它們免受不必要的攻擊。安全性和可靠性至關(guān)重要的大多數(shù)敏感應(yīng)用，例如工業(yè)自動(dòng)化、汽車、能源和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)，都可以提供最高級(jí)別的安全性。

審核編輯：郭婷