微软Azure Sphere在端到端的物联网领域树立黄金安全标准

随着越来越多的设备连接到Internet以及威胁增加，迫切需要保护从边缘设备到云的数据流以及硬件的安全。因此，在所有四个层面（硬件，软件，网络和云）中集成安全性对于安全的IoT部署至关重要，我们看到这种方法已在以数据为中心的设备（例如智能手机）中被采用。

有哪些启用硬件安全性的选项？

关键是在芯片组（MCU/ SoC）级别上保护硬件，确保首先保护内部总线的数据。这可以通过将安全元素（SE）（例如物理不可克隆功能PUF，可信平台模块（TPM）或硬件安全模块（HSM））嵌入设备中的系统来完成。此外，将安全密钥区/ PUF中的密钥注入与加密密钥管理一起使用，以确保设备的安全身份，并创建在设备内传输及从设备向云的数据安全管道。

安全硬件将如何帮助Microsoft？

Microsoft是全球领先的端到端物联网平台提供商，通过其Azure IoT平台将数万企业中的数百万个边缘IoT设备连接到Azure云。Microsoft还一直在提供Azure Edge IoT软件，以在边缘实现计算和智能决策。因此，Microsoft必须确保运行其Azure实例的数百万台设备不会受到威胁并安全地连接到其云。

有鉴于此，微软一直在寻求与芯片合作伙伴一起构建安全的芯片，以建立“基于硬件的信任根源”。这将有助于解决克隆和伪造问题，还将通过其唯一的可信身份与其物联网中心平台建立安全认证。

为了实现此目标，早在2018年，Microsoft宣布了Azure Sphere，以构建多层的端到端安全性。从那时起，Microsoft Azure Sphere不断发展并构成三个关键元素：

硬件：Azure Sphere将安全密钥（公用）嵌入由其Pluton安全子系统提供支持的安全MCU / MPU中。

Pluton包括带有随机数发生器（RNG）的安全处理器单元
防篡改和侧信道攻击
其他加密和加密工具
安全启动以实现远程认证和基于证书的安全性

例如，联发科技MT3620包含一个隔离的安全子系统，该子系统具有自己的Arm Cortex-M4F内核，可处理安全启动和安全系统操作。该M4F安全处理器具有128kB安全的TCM和64kB安全的掩码ROM引导加载程序。

软件：Azure Sphere系统：

Azure Sphere OS由一个自定义Linux内核组成，该内核在2.4MB的代码存储上运行，已针对Azure Sphere MCU的闪存和RAM占用空间进行了精心调整，以减少攻击面。
操作系统与云中的Azure Sphere安全服务进行通信，以对所有出站流量进行安全的设备身份验证，网络管理和应用程序管理。
它进行安全监控，以保护内存，闪存和其他MCU资源，从而限制风险暴露。
该操作系统包括Microsoft提供的应用程序运行，限制对文件I/O或Shell的访问。
它还包括一个高级应用程序平台，该平台由Microsoft证书颁发机构（CA）通过受信任的管道进行签名，以维护除特定于设备的应用程序之外的所有软件。

云：Azure Sphere安全服务

Azure Sphere安全服务代理通过基于CA的身份验证，故障报告和OS的自动更新来信任设备到云的通信，检测威胁并更新设备安全性。

因此，云中的Azure Sphere嵌入了一个私钥，该私钥支持非对称加密，并在制造过程中使用成对的公钥对设备进行身份验证。

此外，Azure Sentinel通过人工智能提供云安全性。

所有这三个元素的集成使得具有非对称加密的硬件信任根成为可能。此外，它为从芯片到云的数据安全流创建了一条安全通道，从而确保了静态数据和传输数据的安全性。

下图描述了在Guardian IoT模块上运行的Azure Sphere，用于物联网部署

不断发展的合作伙伴生态系统：

芯片组：

在2018年，意法半导体的STM32是一款安全MCU，嵌入了安全元素并与Azure IoT C SDK集成在一起，可实现与Azure IoT中心的直接和安全连接，并全面支持Azure设备管理。
在2019年中，恩智浦的MX 8系列整合了Microsoft的Azure Sphere安全架构和Pluton安全子系统。
联发科技MT3620支持Azure Sphere
在2019年底，支持LTE-M/NB-IoT的高通9205 LTE多模调制解调器与Microsoft的Azure Sphere集成在一起。

模组

安富利和qiio提供了Avnet Guardian 100和qiio q200 Guardian（附加）模块，用于在缺少连接性和安全性但需要连接到Internet的现有棕场设备上进行改造。

其他模块包括Avnet AES-MS-MT3620，AI-Link WF-M620-RSC1和带有蓝牙选项的USI Wi-Fi模块。

通过这种方法，Microsoft正在构建一种高度可扩展且安全的方法，以车载，管理和连接IoT设备，并确保将数据安全地从设备传输到云。这消除了大多数物联网客户雇用昂贵的安全专业人员的需要。

案例研究：星巴克

星巴克已在北美的所有商店中部署了Azure Sphere。每个星巴克商店都有大约十至十二件设备，每天可运行超过15个小时，并且需要将其连接到云以获取与饮料相关的数据（每饮料生成10到12个数据点，数据量5MB），资产监控和为避免中断而进行的任何预测性维护。这很重要，因为任何设备故障都与商店的绩效，业务和客户满意度成正比。因此，星巴克一直在Microsoft的所有棕地设备上使用Azure Sphere部署的保护模块，以安全地将数据连接和聚合到云中。

芯片到云安全的金牌标准

安全和隐私是物联网的全球关注点，与国家/地区无关。安全性是物联网的主要障碍之一。但是，在过去两年中，由于对威胁及其可扩展解决方案的意识增强，我们已经看到了从芯片到云的安全性。端到端安全性对于将来任何物联网部署的成功至关重要，以保护资产和数据（在大多数情况下甚至更有价值）。

本文作者：Satyajit Sinha，是Counterpoint Technology Market Research的研究分析师，致力于物联网，移动性和网络安全。 Satyajit在信息技术行业拥有6年以上的经验。 在加入Counterpoint Research之前，Satyajit是Equity Research分析师。