Security in Embedded Hardware - Cheatsheet

Einführung in die Sicherheit eingebetteter Systeme: Definition und Eigenschaften

Definition:

Einführung in die Sicherheit eingebetteter Systeme: Schutz vor Bedrohungen, Schwachstellen-Management und Integritätserhaltung in Geräten und Anwendungen.

Details:

• Angriffe: Hardware, Software, Netzwerke
• Schutzmaßnahmen: Kryptographie, Zugriffskontrollen, sichere Kommunikationsprotokolle
• Eigenschaften: Vertraulichkeit, Integrität, Verfügbarkeit (\textit{CIA-Triade})
• Evaluierungsmethoden: Sicherheitsanalysen, Penetrationstests
• Standards und Normen: ISO 21434, IEC 62443

Grundlegende Bedrohungen und Schwachstellen in eingebetteten Systemen

Definition:

Hauptbedrohungen in Embedded Systemen: Manipulation, Datenklau, Dienstverweigerung.

Details:

• Manipulation kann Hard- und Software betreffen.
• Oft mangelhafte Sicherheit (z.B. schwache Passwörter, unverschlüsselte Kommunikation).
• Gezielte Angriffe: Seitenein­griffe, Fehlerin­lektionen.
• Serviceverweigerung durch Überlast oder Fehlerausnutzung.
• Häufig unzureichende Aktualisierung der Software.

Symmetrische und asymmetrische Kryptographie in eingebetteten Systemen

Definition:

Symmetrische und asymmetrische Kryptographie in eingebetteten Systemen wird zur Sicherung von Daten und Kommunikation verwendet.

Details:

• Symmetrische Kryptographie: gleicher Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung (\textit{z.B. AES}).
• Asymmetrische Kryptographie: unterschiedlicher Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung (\textit{z.B. RSA, ECC}).
• Symmetrische Verfahren sind schneller, aber Schlüsselaustausch ist schwieriger.
• Asymmetrische Verfahren ermöglichen sicheren Schlüsselaustausch, aber sind langsamer und ressourcenintensiver.
• Kombination beider Verfahren für optimale Sicherheit und Effizienz (\textit{z.B. Hybridverschlüsselung}).
• Wichtige Parameter: Schlüssellänge, Rechenleistung, Energieverbrauch.
• Implementierung in eingebetteten Systemen erfordert oft zusätzliche Hardwarebeschleunigung.

Seitenkanalangriffe und physische Angriffe: Erkennung und Abwehr

Definition:

Angriffe, die aus der Beobachtung und Analyse physischer Eigenschaften eines Systems resultieren, z.B. Stromverbrauch, elektromagnetische Strahlung.

Details:

• Seitenkanalangriffe: Auswahl aus bestehenden Kanälen wie Stromverbrauch (Differential Power Analysis) oder EM-Emissionen (EM-Analysis)
• Physische Angriffe: Physische Manipulation oder Sonde, z.B. Fehlerinjektion, Probengriffe
• Erkennung: Anomalien im Stromverbrauch, EM-Feld oder Temperatur überwachen
• Abwehr: Maskierung, Verschleierungstechniken, physische Schutzmaßnahmen, regelmäßige Überprüfung

Implementierung von Verschlüsselungsalgorithmen wie AES und RSA in Embedded Systems

Definition:

Implementierung von AES und RSA in Embedded Systems zur Sicherung von Daten.

Details:

• AES: Symmetrischer Schlüsselalgorithmus, Blockgröße 128-bit, Schlüssel 128/192/256-bit
• RSA: Asymmetrischer Schlüsselalgorithmus, Schlüsselpaar (privat, öffentlich), basiert auf Primfaktorzerlegung
• Ressourcenbeschränkungen: Begrenzter Speicher und Rechenleistung
• Hardwarebeschleunigung: Verwendung spezialisierter Kryptomodule
• Sicherheitsanforderungen: Schutz vor physischem Zugriff und Side-Channel-Attacken
• Schlüsselspeicherung: Sicheres Management und Aufbewahrung kryptografischer Schlüssel

Verwendung und Integration von Hardware-Sicherheitsmodulen (HSMs)

Definition:

Hardware-Sicherheitsmodule (HSMs) sind spezialisierte Krypto-Prozessoren zur Verwaltung und Absicherung kryptographischer Schlüssel. Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen.

Details:

• Hohe Performance bei kryptographischen Operationen
• Physische Sicherheit gegen Manipulation
• Verwendung in PKI, Signaturen, Verschlüsselung
• Gesicherte Schlüsselspeicherung
• Integration meist über APIs (z.B. PKCS#11, JCE)
• Unterstützung von Standard-Kryptoalgorithmen

Sichere Boot-Mechanismen und das Trusted Platform Module (TPM)

Definition:

Sichere Boot-Mechanismen und TPM schützen Firmware und Betriebssystem vor Manipulationen und gewährleisten die Integrität des Systems.

Details:

• Ziel: Verhinderung unautorisierter Modifikationen durch Überprüfung digitaler Signaturen während des Boot-Prozesses.
• TPM: Hardware-Modul zur sicheren Speicherung von kryptographischen Schlüsseln und Implementierung von Sicherheitsfunktionen.
• Schritte des sicheren Bootens:
  • Initiale Authentifizierung der Boot-Software.
  • Kontinuierliche Verifizierung aller nachfolgenden Boot-Stufen.
  • Verwendung eines Wurzelvertrauens(\( Root of Trust \)).
• Vorteile: Erhöhte Sicherheit gegen Firmware-basierte Angriffe und Gewährleistung einer vertrauenswürdigen Ausführungsumgebung.
• Beliebte Implementierungen: UEFI Secure Boot, Trusted Boot.

Best Practices und Herausforderungen bei der Entwicklung vertrauenswürdiger Systeme

Definition:

Entwicklung von Systemen, die Sicherheit und Zuverlässigkeit bieten.

Details:

• Grundsätze: Sicherheit durch Design, Minimierung vertraulicher Daten, ständige Überwachung.
• Praktiken: Einsatz von sicheren Hardware-Modulen (TPMs, HSMs), regelmäßige Sicherheitstests, Patching und Updates.
• Herausforderungen: Komplexität der Sicherheit, Kosten und Ressourcen, Angriffe und Bedrohungen in Echtzeit.
• Techniken: Verschlüsselung, Authentifizierung, Zugangskontrolle, Secure Boot.