維護產品、設備和程式的安全性，是企業的必要需求。研究人員（或駭客！）每天都會發現新的安全漏洞。或許，有些公司認為他們的規模並不足以成為駭客的目標，但事實上，若是在分散式阻斷服務攻擊 (DDoS) 的情況下，駭客會隨機占用主機（數量越多越好）來達到特定目標。資安不能是事後諸葛，對於任何有雲端連接設備的公司來說，最好的方法就是加強身份識別、安全加密及存取控管。但在物聯網世界中，這個過程並不像聽起來那樣簡單。
接下來我們會介紹 Acme 的故事，這是一家假想的公司，它們正計劃推出新一代的雲端連接設備。以下我們將以該公司為情境案例，探討適當的解決方案。
Acme 在這個專案中有多個工作流程規劃：機械設計、PCB 設計、供應鏈、韌體開發、網路連接、雲端的後端、行動裝置和網頁應用程式、資料處理分析和支援。讓我們來看看這些工作流程中有哪些需要做安全的規劃。
情況概要
Acme 公司設備的安全保護成本高漲，部署、維護高等級資安所帶來的複雜度也隨之增加。讓我們做個統整：
- Acme 需要安全憑證。他們需要最高等級的數位憑證認證機構所發的憑證。
- 將安全憑證的金鑰燒入到設備中（並找到合適的ODM廠商）需要一筆花費，而在製造過程中也有憑證洩露的風險，二者之間要取得平衡點。
- Acme 需要使用傳輸層安全性 (TLS) 來保護訊息，但現在面對設備內爆量的 TLS 堆疊已經超乎預期，並會加大記憶體的耗用量。整合了線上憑證狀態協定（代理OCSP）後， 這些資源需求將增加，因為它需要額外耗用記憶體的金鑰，並耗用 CPU。
- 金鑰保存變得非常困難，不可能安全地保存在韌體當中。
- 如果沒有單獨的安全儲存空間，則可能受到感染的韌體設備，無法透過安全的啟動程序將設備停止運行。
- 更新金鑰讓雲端解決方案能儲存多個身份，以便具有故障防護的功能。
Google 已認真研究了 Acme 的情況，並提出了良好的解決方案幫助類似 Acme 這樣需求的公司。以下，Google 與其合作夥伴 Microchip 將展示主要的解決方案。
步驟 1：使用安全元件
「安全元件」是一個可安全儲存金鑰的硬體材料。它通常具有防篡改的功能，該功能可防止物理攻擊入侵設備、取得金鑰。
所有物聯網設備均應具有安全元件，這是保護儲存私鑰的唯一方法。所有安全元件將各司其職發揮功能，但是某些安全元件將能做得更多。舉例來說，Microchip ATECC608A 加密共同處理晶片不僅能儲存私鑰，還能驗證韌體，並為設備提供更安全的啟動方式。
Microchip 在美國的專用安全設施中執行加密簽章，隔離的工廠將把客戶的中間憑證機構Certificate Authority (CA) 頒發的金鑰，儲存到一個內嵌於生產線中，高安全等級的伺服器內。對稱金鑰和憑證，皆透過合法的認證機構生產，從而可對其進行審核，並實現高等級的安全加密。
一旦安全元件生成了對稱金鑰，就會將相應的公鑰發送到客戶的 Google Cloud 帳戶，並安全地儲存在 Cloud IoT Core 設備管理器中。 由於每個 Cloud IoT Core 設備最多可以儲存 3 個公鑰，因此可以在故障保護的情況下執行金鑰輪換，不會有問題。
客戶要做的就是為 Microchip 批次的設備提供中介 CA 憑證，他們將會回傳一卷安全元件。這些安全元件卷可以發送給任何製造商，用高速焊接到最終的 PCB，而無需客製化，也沒有被複製的風險並且成本非常低。
步驟 2：使用 JWT 進行身份驗證
TLS 非常適合使用於確保設備與雲之間的通訊安全，但是身份驗證堆疊不適用於 IoT。 雙向身份驗證堆疊需要大的尺寸，而且有一個缺點：它需要知道金鑰的儲存位置。TLS 堆疊需要知道使用了什麼安全元件，以及如何溝通。OpenSSL 堆疊將假設金鑰存儲在檔案系統中，需要修改才能存取安全元件。這就要求每次更新堆疊時必須再次進行開發和測試，隨著 TLS 1.3的到來，這項工作很可能需要重複發生好幾次，對公司來說將是可觀的費用。該公司可以使用已經與安全元件相容的 TLS 堆疊（例如 WolfSSL），但是涉及授權費用，這會增加設備的成本。
Google Cloud IoT 使用常見的 JWT (JSON WebToken) 來對設備進行身份驗證，而不是依賴TLS 堆疊的雙向身份驗證。
設備將使用 TLS 與 Cloud IoT Core (mqtt.googleapis.com) 建立全球雲端點的安全連線，但不會觸發雙向身份驗證，而是會生成一個簡單的 JWT，使用其私鑰做簽章並將私鑰作為密碼。 Microchip ATECC608 提供了一個簡單的介面，可以在避免私鑰被暴露的情況下，對設備採用 JWT 安全簽署。JWT 由 Google Cloud IoT 接收，該設備的公鑰將被用於驗證 JWT 簽章。如果有效，則有效率地建立雙向身份驗證。JWT 驗證可以由客戶設置，但不能超過 24 小時，因此非常短暫。
這種作法有幾個好處：
- 設備身份認證和 TLS 堆疊無關，使得更新 TLS 堆疊到1.3 十分容易。
- 設備不需要儲存公鑰和憑證，這將會釋放設備上大部分的記憶體。
- 設備不需要託管完整的 TLS 堆疊，這又會釋放應用程式的記憶體。
- 設備所需記憶體空間不到50KB，這點為那些使用超小型 MCU（微控制器）的廠商開啟了一扇門。
透過這兩個步驟，管理安全憑證的複雜度大幅降低，客戶可以更專注於他們的產品和用戶體驗。
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結論
安全性很複雜，正如我們在引言所提，它不能是事後諸葛。幸運的是，使用 JWT 身份驗證方案以及與 Microchip 在 ATECC608 的合作關係，安全已變成一個簡單的 BOM。Google 和 Microchip 甚至同意以 50 美分的折扣出售。客戶能以不到 1 美元的價格，提升個人身份、身份驗證和加密安全，同時節省更多儲存空間，讓體積小、價格低廉的 MCU 在終端設備中運作。而由於安全元件能透過 I2C 快速溝通，此晶片能夠整合到現有設計中。希望您的每個 IoT 設計中，能將 ATECC608考慮在內。
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- Google Cloud IoT Core 產品頁面
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（本文翻譯改編自 Google Cloud。）
