嵌入式系统安全

出版者:机械工业出版社

作者:【美】戴维.克勒德马赫

页数:276

译者:周庆国

价格:79

装帧:平装

isbn号码:9787111520078

具体描述

本书提供了一个关于安全法则、安全薄弱环节以及相关可用技术的概述。通过对真实的系统漏洞案例和出于安全需要的开发实例的讲解，给出了抵消安全风险的有效技术及建议。领域涉及数据保护协议、新兴的嵌入式系统、网络、密码系统、系统体系结构、操作系统和存储技术。本书提供给大家使嵌入式系统更可靠、更安全、更有保障的终极建议；本书展示了对安全法则、安全担忧及相关技术的深刻理解；本书介绍了高效开发安全可靠嵌入式软件的成熟技术；当设计安全可靠的嵌入式系统时，系统架构、操作系统、管理程序、网络、存储以及加密，这些都必须被作为研究课题。这是嵌入式系统和安全从业人员必读的一本书，无论是新手还是专家。

目录信息

目录
推荐序
译者序
序
前言
第1章嵌入式系统安全绪论 1
1.1什么是安全 1
1.2什么是嵌入式系统 1
1.3嵌入式安全趋势 3
1.3.1嵌入式系统的复杂度 4
1.3.2网络连接 9
1.3.3关键性基础架构对嵌入式系统的依赖 一11
1.3.4复杂的攻击者 12
1.3.5处理器整合 13
1.4安全策略 14
1.4.1绝对安全 14
1.4.2保密性、完整性和实用性 15
1.4.3隔离 15
1.4.4信息流控制 16
1.4.5物理安全策略 16
1.4.6特定应用软件的安全策略 16
1.5安全威胁 17
1.6总结 18
参考文献 18
第2章 系统软件的安全考量 19
2.1操作系统角色 19
2.2多重独立安全等级 19
2.2.1信息流20
2.2.2数据隔离 20
2.2.3损害控制 20
2.2.4周期性处理 20
2.2.5一直激活 21
2.2.6防篡改 21
2.2.7可评估 21
2.3微内核与单内核 23
2.4嵌入式操作系统核心安全要求 25
2.4.1内存保护 25
2.4.2虚拟内存 25
2.4.3故障恢复 27
2.4.4资源保护 27
2.4.5虚拟设备驱动 30
2.4.6确定性影响 30
2.4.7安全调度 33
2.5访问控制与访问能力 34
2.5.1案例分析：安全Web浏览器 35
2.5.2访问控制的粒度与简化 36
2.5.3 白名单与黑名单 38
2.5.4职责混淆问题 39
2.5.5能力与访问控制表 39
2.5.6能力约束与收回 43
2.5.7使用能力系统的安全设计 44
2.6系统管理程序与系统虚拟化 46
2.6.1系统虚拟化介绍 48
2.6.2系统虚拟化应用 48
2.6.3环境沙箱 49
2.6.4虚拟安全设施 49
2.6.5系统管理程序架构 49
2.6.6半虚拟化 52
2.6.7充分利用硬件辅助实现虚拟化 52
2.6.8系统管理程序的安全性 54
2.7110虚拟化 56
2.7.1共享I／O的需求 56
2.7.2仿真技术 56
2.7.3直通技术 56
2.7.4共享IOMMU 58
2.7.5IOMMU与虚拟设备驱动 58
2.7.6微内核中的安全I／O虚拟化 59
2.8远程管理 60
2.9确保TCB的完整性 62
2.9.1可信硬件和供应链 62
2.9.2安全引导 62
2.9.3静态可信根与动态可信根 63
2.9.4远程认证 64
参考文献 65
第3章安全嵌入式软件开发 67
3.1 PHASE的介绍 67
3.2最少实现 68
3.3组件架构 68
3.3.1运行时组件化 69
3.3.2进程与线程 70
3.4最小化权限 71
3.5安全开发过程 71
3.5.1变更管理 —72
3.5.2同行评审 72
3.5.3开发工具的安全性 74
3.5.4安全编码 76
3.5.5软件测试与验证 107
3.5.6开发过程效率 —112
3.6独立专家验证 113
3.6.1通用标准 114
3.6.2案例分析：操作系统保护准则 116
3.7案例分析：HAWS 119
3.7.1最少实现 120
3.7.2组件架构 121
3.7.3最小化权限 122
3.7.4安全开发过程 122
3.7.5独立专家验证 122
3.8模型驱动设计 122
3.8.1 MDD概述 123
3.8.2可执行模型 126
3.8.3建模语言 128
3.8.4 MDD平台类型 132
3.8.5案例分析：数字病理扫描仪 132
3.8.6 MDD平台选择 138
3.8.7在安全关键系统中使用MDD 145
参考文献 146
第4章嵌入式加密 150
4.1简介 150
4.2美国联邦政府加密指南 151
4.3一次性密码本 152
4.4加密模式 160
4.4.1输出反馈 160
4.4.2加密反馈 160
4.4.3带有CFB保护的0FB 161
4.4.4通信流安全 162
4.4.5计数器模式 162
4.5块加密 163
4.6认证加密 165
4.6.1 CCM 166
4.6.2伽罗瓦计数器模式 166
4.7公钥加密 166
4.7.1 RSA 168
4.7.2等效密钥强度 169
4.7.3陷门构建 169
4.8密钥协商 170
4.9公钥认证 172
4.10椭圆曲线加密 174
4.10.1椭圆盐线数字签名 175
4.10.2椭圆曲线匿名密钥协商 175
4.11加密散列 175
4.11.1安全散列算法 176
4.11.2 MM0176
4.12消息认证码 177
4.13随机数生成 177
4.13.1真随机数生成 178
4.13.2伪随机数生成 181
4.14嵌入式系统的密钥管理 183
4.14.1密钥管理——通用模型 183
4.14.2密钥管理案例分析 188
4.15加密认证 197
4.15.1FIPS 140—2认证 197
4.15.2NSA认证 199
参考文献 202
第5章嵌入式系统数据保护协议 205
5.1简介 205
5.2动态数据协议 205
5.2.1广义模式 205
5.2.2选择安全的网络层 209
5.2.3以太网安全协议 210
5.2.4网络层安全协议与安全套接层协议 213
5.2.5网络层安全协议 214
5.2.6安全套接层协议／传输层安全协议 219
5.2.7嵌入式虚拟专用网络客户端 222
5.2.8数据包安全传输协议 223
5.2.9安全外壳协议 224
5.2.10自定义网络安全协议 225
5.2.11网络安全协议加密实现 227
5.2.12安全多媒体协议 227
5.2.13广播安全 231
5.3静态数据协议 236
5.3.1安全存储层的选择 237
5.3.2对称加密算法的选择 238
5.3.3存储加密密钥的管理 241
5.3.4对数据加密解决方案的高端威胁 243
参考文献 245
第6章新兴应用技术 249
6.1嵌入式网络交易 249
6.1.1剖析网络交易 250
6.1.2不安全状态 250
6.1.3网络交易的威胁 251
6.1.4提高网络交易安全的前沿尝试 253
6.1.5可信赖嵌入式交易体系结构 258
6.2汽车安全 260
6.3安卓系统安全 263
6.3.1安卓系统安全回顾 263
6.3.2安卓设备Rooting 264
6.3.3手机数据保护：深度防护的一个实例研究 265
6.3.4安卓沙箱处理方法 267
6.4下一代软件定义无线电 271
6.4.1红黑分离 271
6.4.2软件定义无线电体系结构 271
6.4.3进入Linux 272
6.4.4多域无线电 273
参考文献 274
· · · · · · (收起)

用户评价

这本书的排版和语言风格非常严谨，学术气息很浓厚，这对于需要撰写技术报告或者进行理论学习的读者来说是一个优点。它对于安全标准和合规性框架的介绍，比如工业控制系统（ICS）的安全标准IEC 62443，阐述得非常清晰，逻辑层次分明。但是，这种严谨性在某些章节反而成为了障碍。例如，在讨论硬件安全模块（HSM）和可信执行环境（TEE）的架构时，书中引用了大量的标准术语和官方文档的描述，使得阅读过程有些枯燥。我个人更喜欢那种在介绍复杂技术时，能穿插一些生动的比喻或者基于真实产品缺陷的“事故分析”来辅助理解。比如，如果能结合最近几年流行的Spectre/Meltdown漏洞，分析这些硬件层面的缺陷是如何影响到嵌入式设备中的隔离机制，并给出在实际SoC设计中如何规避的建议，那么理论的阐述就会更加鲜活和有说服力。目前的内容，虽然正确无误，但读起来像是在研读一份技术白皮书，而不是一本旨在激发读者实践热情的安全指南。

这本《嵌入式系统安全》的封面设计得非常引人注目，那种深沉的蓝色调配上未来感的电路图纹理，一下子就抓住了我的眼球。我最近正好在研究物联网设备的安全防护，所以毫不犹豫地入手了。然而，当我翻开第一章时，才发现这本书的侧重点似乎和我预期的有些偏差。我原以为它会深入讲解一些具体的硬件安全机制，比如信任根（RoT）的构建、安全启动（Secure Boot）的流程，或者更底层的代码审计技巧。但实际上，前几章花了大篇幅来介绍操作系统的安全模型，侧重于Linux内核的安全加固和权限分离，这对于已经熟悉Linux的读者来说，信息密度略显不足。特别是关于实时操作系统（RTOS）安全性的论述，内容相对比较宏观，缺乏对FreeRTOS或Zephyr等主流RTOS内核漏洞挖掘和利用的实战案例。我期待看到更多关于Side-Channel Attacks（侧信道攻击）如何具体应用于嵌入式设备，例如通过功耗分析或电磁辐射来提取密钥的详细实验步骤和代码示例，但书中对此的介绍更偏向理论概述，实操指导性不强。总体而言，这本书更像是一本为刚接触嵌入式安全领域、需要建立系统性知识框架的初学者准备的入门读物，对于资深工程师来说，深度和广度都有提升空间。

我购买这本书主要是为了学习如何在无线通信模块（如Wi-Fi、BLE）的安全协议栈层面进行深度防御和测试。这本书确实涉及到了射频（RF）层面的安全概念，比如对无线电嗅探和重放攻击的防范，这部分内容给了我一个很好的理论框架。它详细解释了WPA3握手过程的安全性增强，以及在低功耗蓝牙（BLE）中如何正确实现配对和密钥交换。然而，当我期待看到如何利用SDR（软件定义无线电）工具包，如HackRF或USRP，来实际捕获、分析和重放这些通信包时，书中几乎没有给出任何实操步骤。它只是陈述了“攻击者可能会这样做”，然后建议“使用更好的加密算法”。这种“纸上谈兵”的叙事方式，对于一个希望通过动手实践来加深理解的读者来说，无疑是一种折磨。我花了大量时间去查阅配套的GitHub资源（如果存在的话），希望能找到相关的Lab环境或脚本，但似乎这些高级的、与硬件紧密结合的攻击与防御实践，这本书并未打算深入涉猎。

这本书在软件层面的供应链安全和代码质量保证方面，提供了相当不错的方法论。特别是对于开源组件的漏洞管理（SBOM - 软件物料清单）和构建流程中的静态分析工具（SAST）的应用，书中的论述非常具有前瞻性，紧跟了当前行业对“零信任”软件交付的要求。它详细列举了Checkmarx、Coverity等商业工具在嵌入式代码库中集成的优势和挑战。然而，这种偏重于企业级、高成熟度流程的描述，与许多资源有限的中小型团队或个人开发者所面临的实际情况有些脱节。例如，对于资源受限的微控制器（MCU），如何选择轻量级的、内存占用小的SAST/DAST工具，以及如何在资源受限的硬件上进行轻量级渗透测试，书中鲜有提及。我更希望看到的是如何基于脚本和有限的计算资源，构建一个简易的、自动化安全检查流水线，而不是仅仅推荐那些需要强大服务器集群支持的企业级解决方案。因此，这本书在描述“理想状态”的安全实践时非常出色，但在“资源受限场景下的务实落地”方面，留下了较大的空白。

拿到这本书后，我立刻被其中对固件逆向工程部分的详尽描述所吸引。我原本希望看到的是如何使用IDA Pro或Ghidra对特定架构（如ARM Cortex-M或RISC-V）的二进制文件进行高效的分析，特别是针对那些没有调试接口（如JTAG/SWD）被禁用或物理保护的芯片。这本书确实提供了不少关于固件提取和文件系统解析的工具链介绍，比如Binwalk和firmware-mod-kit的使用方法，这部分内容写得非常扎实，对于新手建立起逆向分析的基础流程很有帮助。然而，在涉及代码混淆和反调试技术破解这块时，笔锋就明显收敛了。比如，当面对一个使用了自研加密算法来保护关键代码段的固件时，书中的解决方案显得有些通用化，更多的是建议“采用更强大的加密算法”或者“增加混淆层级”，而不是提供一套系统的、针对特定混淆机制的解密或去混淆策略。我更希望看到一个完整的案例分析，展示如何一步步地反编译、定位加密函数、提取密钥（即使是通过软件漏洞），并最终还原出被保护的逻辑。这部分内容的缺失，让这本书在“实战对抗”的维度上，稍显保守和理论化了。

偏重于学术和理念的书，涉及到的不仅是嵌入芯片和应用的安全，也涉及到具体嵌入系统生态体系的业务和应用安全。作者对软件开发着墨不少，从设计模式、开发规范、安全模型范式领域较为技术理论性的阐释，对芯片、嵌入操作系统、加解密应用场景、数据保护均有理论和实践阐述，是嵌入式系统安全设计、开发解决方案的优选参考书。

专门针对嵌入式安全进行了系统的讲解，其中PHASE理论非常不错，最小实现和最小权限是理念，组件化架构设计，安全开发过程是开发，独立专家验证是集成验证，比较系统。

专门针对嵌入式安全进行了系统的讲解，其中PHASE理论非常不错，最小实现和最小权限是理念，组件化架构设计，安全开发过程是开发，独立专家验证是集成验证，比较系统。

专门针对嵌入式安全进行了系统的讲解，其中PHASE理论非常不错，最小实现和最小权限是理念，组件化架构设计，安全开发过程是开发，独立专家验证是集成验证，比较系统。

偏重于学术和理念的书，涉及到的不仅是嵌入芯片和应用的安全，也涉及到具体嵌入系统生态体系的业务和应用安全。作者对软件开发着墨不少，从设计模式、开发规范、安全模型范式领域较为技术理论性的阐释，对芯片、嵌入操作系统、加解密应用场景、数据保护均有理论和实践阐述，是嵌入式系统安全设计、开发解决方案的优选参考书。