การรักษาความปลอดภัยการสื่อสารระหว่างระบบฝังตัวที่ จำกัด

Jan 04 2021

ขณะนี้ฉันกำลังพยายามทำให้การสื่อสารผ่านช่องทางการสื่อสารทางกายภาพที่ จำกัด บนระบบฝังตัว

สถานการณ์

ฉันคิดว่าระบบค่อนข้างปกติสำหรับแอปพลิเคชันฝังตัวขนาดเล็ก:

ระบบฝังตัวที่เกี่ยวข้องเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็กที่ไม่มีระบบปฏิบัติการใด ๆ ซึ่งสามารถสันนิษฐานได้ว่าอยู่ในสภาพแวดล้อมทางกายภาพที่ปลอดภัย ช่องทางการเชื่อมต่อสามารถเข้าถึงได้ทางกายภาพสำหรับผู้รุกรานพวกเขาสามารถแทรกแซงข้อความได้ตามต้องการ
ช่องทางการสื่อสารที่แตกต่างกันเป็นไปได้เช่น RS485 หรือ RS232 มีโปรโตคอลที่หยาบซึ่งจัดการกับสิ่งต่างๆเช่นการกำหนดแอดเดรสและความสมบูรณ์แบบหยาบ (เช่น CRC16 สำหรับ bitflips) ที่เราสามารถสร้างได้ คิดว่าเป็น TCP ที่ช้า
พันธมิตรการสื่อสารแต่ละรายรู้จักใบรับรองหลักซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็น CA และมีใบรับรองเฉพาะ (+ คีย์) ที่ลงนามโดยใบรับรอง ใบรับรองได้รับการลงนามด้วยตนเองโค้งวงรี prime256v1
ไลบรารี mbedTLS พร้อมใช้งานสำหรับระบบเหล่านี้ (พร้อม DH, AES, .. )
เวลาส่วนใหญ่ไม่มีอินเทอร์เน็ต
ระบบสามารถรักษาเวลาและสร้างตัวเลขสุ่มได้เพียงพอ

ฉันต้องการเข้าถึงความเป็นส่วนตัวความถูกต้องและความซื่อสัตย์

อาจจะแก้ไขได้อย่างไร

กฎในโปรโตคอลการเข้ารหัสคือห้ามนำไปใช้ด้วยตัวคุณเอง ขออภัยฉันไม่พบสิ่งที่ตรงกับกรณีการใช้งานนี้

ฉันยังเรียกดูคำถามที่มีอยู่ แต่ไม่มีอะไรให้คำตอบที่สมบูรณ์ที่ฉันกำลังค้นหา

สุดท้ายในคำตอบนี้การใช้โปรโตคอลของตัวเองจะได้รับเป็นตัวเลือกสุดท้าย

นี่คือเหตุผลที่ฉันคิดวิธีแก้ปัญหาที่อธิบายไว้ด้านล่าง - แต่ฉันไม่แน่ใจทั้งหมดเกี่ยวกับเรื่องนี้ ผมมุ่งเน้นในคำตอบนี้เกี่ยวกับวิธีการรับรองความถูกต้อง Diffie-Hellmann แลกเปลี่ยนคีย์ , คำตอบนี้เกี่ยวกับวิธีการตรวจสอบความสมบูรณ์และหัวข้อนี้ให้ฉันคิดบางอย่างเกี่ยวกับวิธีการใช้เช่นโปรโตคอล

โปรโตคอลเพื่อความปลอดภัยในการสื่อสาร

สิ่งแรกที่ต้องทำคือสุ่มสร้างคีย์สมมาตร K สิ่งแรกที่ส่งคือข้อความจับมือ มีฟิลด์ดังต่อไปนี้:

ฟิลด์	คำอธิบาย
DH	การแลกเปลี่ยนคีย์ Diffie-Hellmann msg g ^K
ใบรับรอง	ใบรับรอง (-chain) ของอุปกรณ์ที่ส่ง
MsgIdNonce	ค่า 64 บิตแบบสุ่ม
ลายเซ็น	ลายเซ็นของข้อความที่สมบูรณ์โดยใช้คีย์ส่วนตัวของ Cert

อุปกรณ์ทั้งสองส่ง (และรับ) ข้อความดังกล่าว

เมื่อได้รับข้อความดังต่อไปนี้:

ตรวจสอบว่าใบรับรองลงนามโดย CA ที่คาดไว้หรือไม่ (ต้องอยู่ในสายโซ่)
ตรวจสอบว่าข้อความลงนามอย่างถูกต้องด้วยใบรับรองและรหัส

เมื่อการตรวจสอบเหล่านี้ประสบความสำเร็จข้อความ DH g ^{K ที่}ส่งและรับจะถูกใช้เพื่อคำนวณคีย์สมมาตร

จากจุดนี้แอปพลิเคชันสามารถส่งข้อความที่เข้ารหัสด้วย AES-CBC เนื่องจากข้อความอาจสูญหายได้บ่อยครั้ง IV จึงอยู่ในข้อความเสมอ

นี่คือรูปแบบข้อความ:

ฟิลด์	คำอธิบาย	เข้ารหัส
IV	Initialy Random IV สำหรับ AES	ไม่
MsgIdNonce	Handshake / Last MsgIdNonce + 1 หรือ + 2	ใช่
ข้อมูลแอปพลิเคชัน	ข้อมูล / คำสั่งในการป้องกัน	ใช่
CMAC ถูกตัดให้เหลือ 64 บิต	MAC สำหรับตรวจสอบความสมบูรณ์	ใช่

สำหรับข้อความที่จะได้รับการยอมรับจะต้อง

มี MsgIdNonce ที่คาดไว้ (1 หรือ 2 ข้างต้นได้รับครั้งล่าสุด) - ป้องกันการโจมตีซ้ำทำให้สูญเสีย 1 ข้อความ
มี CMAC ที่ถูกต้อง - ป้องกันการโจมตีความสมบูรณ์
รับสูงสุด T วินาทีหลังจากข้อความสุดท้าย - ป้องกันการโจมตีล่าช้า

หากสิ่งใดไม่เป็นไปตามคาด Handshake จะถูกส่งอีกครั้งจากนั้นข้อความจะถูกส่งอีกครั้งพร้อมกับพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนใหม่

คำถาม

ฉันมาถูกทางหรือควรลองอะไรที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง?

นี่เป็นเป้าหมายด้านความปลอดภัยของฉันหรือฉันพลาดช่องโหว่ที่ชัดเจนที่นี่หรือไม่

ได้ผลหรือไม่

ฉันหวังว่าคุณจะช่วยฉันและวิศวกรฝังตัวคนอื่น ๆ ที่ประสบปัญหาคล้าย ๆ กันได้!

คำตอบ

2 poncho Jan 04 2021 at 23:18

กฎในโปรโตคอลการเข้ารหัสคือห้ามนำไปใช้ด้วยตัวคุณเอง ขออภัยฉันไม่พบสิ่งที่ตรงกับกรณีการใช้งานนี้

คุณพิจารณาDTLS แล้วหรือยัง? นั่นพยายามที่จะแก้ไขปัญหาเดียวกัน (ยกเว้นการประทับเวลาซึ่งสามารถเพิ่มได้โดยการใส่การประทับเวลาในดาต้าแกรม) และมีสิ่งที่คิดไว้แล้ว ความเป็นไปได้อีกอย่างคือ IPsec; อย่างไรก็ตาม DTLS ดูใกล้เคียงกับการแก้ไขปัญหาที่คุณมีมากขึ้น (เว้นแต่การรับส่งข้อมูลที่คุณกำลังปกป้องคือการรับส่งข้อมูล IP)

ที่กล่าวว่านี่คือความคิดบางส่วนเกี่ยวกับโปรโตคอลที่คุณระบุไว้: