嵌入式安全机制：守护智能设备的隐形防线

嵌入式安全机制的核心作用

如今，家里的智能门锁、车载导航、工厂里的控制器，甚至医院的监护仪，背后都运行着嵌入式系统。这些设备不像电脑或手机那样频繁更新补丁，一旦被攻破，修复成本高，影响也更严重。嵌入式安全机制就是为这类资源受限、长期运行的系统量身打造的一套防护体系。

从硬件到软件的层层设防

真正的安全不能只靠软件。现代嵌入式系统常集成可信执行环境（TEE），比如ARM的TrustZone技术，它把处理器划分为安全世界和普通世界。敏感操作如指纹验证、密钥存储都在安全世界中运行，即便主系统被入侵，攻击者也难以触及核心数据。

举个例子，你用指纹开锁时，指纹模板不会传给主芯片处理，而是直接在安全协处理器中比对。这个过程就像在保险箱里验钞，外面的人看不到内容，也改不了结果。

固件签名与安全启动

设备每次上电，都要确保加载的是合法固件。安全启动流程通过验证固件数字签名来实现这一点。如果检测到未经授权的修改，系统将拒绝启动，防止恶意代码植入。

以下是一个简化的安全启动校验逻辑示例：

bool verify_firmware_signature(const uint8_t* firmware, size_t len, const uint8_t* signature) {
    <!-- 加载公钥 -->
    RSA_PUBLIC_KEY* key = get_trusted_key();
    
    <!-- 计算固件哈希值 -->
    uint8_t hash[32];
    sha256(firmware, len, hash);
    
    <!-- 验证签名是否匹配 -->
    return rsa_verify(key, hash, 32, signature);
}

内存保护单元（MPU）的实际应用

嵌入式MCU常配备MPU，用于划分内存区域权限。例如，将存放密钥的内存页设置为只读且仅限特权模式访问，即使应用程序出现缓冲区溢出漏洞，也无法直接读取或篡改关键数据。

在工业控制场景中，PLC程序需要防止非法修改。通过MPU配置，可锁定程序区不可写，运维人员必须通过专用授权接口才能升级，避免现场误操作或恶意篡改导致生产事故。

轻量级加密算法的选择

传统AES虽然安全，但在低功耗传感器节点上可能带来较大开销。因此，像PRESENT、ChaCha20这样的轻量级加密算法被广泛采用。它们在保证足够安全强度的同时，显著降低CPU占用和能耗。

比如一个农业物联网温湿度传感器，每分钟上报一次数据，使用ChaCha20-Poly1305进行加密传输，既防窃听又防重放攻击，整套运算在8位MCU上也能流畅完成。

远程固件升级的安全考量

OTA（空中下载）升级已成为标配功能，但若不加防护，反而会成为攻击入口。完整的安全机制要求：升级包必须加密传输、具备完整签名、支持差分校验，并在写入前进行完整性验证。

某电动车的BMS系统曾因未验证升级包来源，导致被刷入恶意固件，造成电池异常放电。后来该厂商加入了双证书链验证机制——既要云端签名，也要设备端预置根证书匹配，才允许刷写。