雖然無線連接帶來了許多優勢，但安全性是它增加弱點的地方。有線連接可以探測或轉移，但它需要物理訪問和非常明顯的干擾。相比之下，無線連接可以監視數據傳輸或遠程和不可見地注入惡意內容。本文討論短距離無線的安全性如何隨著解決方案和威脅變得越來越復雜而發展。

近年來，短距離無線解決方案的使用呈爆炸式增長，這主要是由于藍牙低功耗 （BLE） 標準的到來。雖然以前存在許多短程無線解決方案，但它們的采用是有限的。這要么是因為他們專注于利基市場 - 如Zigbee或ANT - 要么不適合電池供電或間歇性用例 - 如藍牙“經典”。BLE實現了原始藍牙標準的一般“電纜更換”目標，并且隨著BLE迅速在手機，筆記本電腦和平板電腦上本地可用，有一個現成的設備市場可以連接。

大多數早期的BLE解決方案都是一個設備和另一個設備之間非常簡單的點對點（P2P）連接。BLE連接有兩個主要的安全級別：“配對過程”，即在兩個設備之間建立安全鏈接，然后對實際數據傳輸進行數據加密。

配對在許多方面都是P2P連接安全的弱點，并且可能受到“中間人”攻擊，即第三方設備連接到兩個合法設備并將自己置于它們之間，允許它監視或操縱數據流量。這種風險可以通過“帶外”數據交換進行配對來降低，這涉及手動輸入密碼或通過不同的通道（如NFC）交換密鑰。缺點是增加了用戶的復雜性和設備的成本。

這突出了考慮安全性時的一個關鍵問題——很少有“正確”的答案。挑戰在于在安全性、可用性和成本之間找到正確的權衡。

數據加密及其他

建立連接后，數據將通過AES-CCM 128位對稱密鑰加密進行加密，這通常被認為是安全的。但是，只有在密鑰保密的情況下，這才是正確的。許多簡單BLE設備的一個問題是，它們的集成微處理器受到限制，沒有安全的內存存儲。因此，攻擊者有可能暫時獲得對設備的訪問權限并竊取密鑰以用于將來的間諜目的。

即使我們假設鏈接是安全的，這也只會建立安全的 P2P 連接。較新的應用程序連接越來越廣泛，數據最終傳輸遠遠超出了簡單的P2P鏈接 - 也許從設備到手機，然后到云，然后到進一步的專有系統。這為那些有惡意的人帶來了大大擴大的“攻擊面”。

在這樣的環境中，鏈路級安全性可能不再足夠，可能需要端到端安全層來確保安全操作。如果考慮醫療可穿戴設備的例子，錯誤的數據在極端情況下可能會危及生命。

端到端安全注意事項

對于端到端安全系統，有兩個主要考慮因素。加密是其中之一 - 數據可以從一端傳遞到另一端，但即使他們完全控制了中間中繼點，任何人都無法讀取。第二個是身份驗證 - 顯然來自終端設備的數據確實來自該設備，而不是由惡意行為者注入，或者相反。

加密通常被視為安全方面的主要問題，但身份驗證通常是最關鍵的一步。舉例來說，當您使用信用卡/銀行卡時，您可能不希望人們監視您的金融交易，但如果有人可以輕松偽裝成您并訪問您的銀行帳戶，您可能會更擔心。

公鑰/私鑰加密方法提供了對交易進行身份驗證和保護的方法。使用接收器的公鑰進行加密意味著只有他們可以解碼它。使用發件人的私鑰進行加密意味著任何人都可以驗證發件人的身份。

不幸的是，在安全領域，解決一個問題通常會導致簡單地創建另一個問題。在這種情況下，出現的直接問題是如何安全地交換和存儲密鑰。例如，網狀網絡為安全架構提供了額外的挑戰，因為根據設計，它們的目的是使將設備添加到智能家居網絡等網絡變得容易。風險在于，惡意黑客可能會找到一種方法將設備加入網絡，然后造成損壞、進入或采用設備進行拒絕服務攻擊。

網狀網絡可能特別容易受到攻擊，因為它們可能具有通用網絡密鑰。因此，如果獲得此密鑰，則可以免費訪問整個網絡。在這樣的系統中，密鑰存儲變得至關重要，因為即使入侵者可以臨時訪問設備，密鑰也會保持隱藏狀態。

密鑰存儲的最終解決方案是使用由受信任的合作伙伴在安全工廠中編程的硬件“安全元件”。這種方法已成功應用于智能卡以保護銀行卡和SIM卡中，以限制對蜂窩網絡的訪問。

但是，該解決方案僅適用于少數跨國數字安全公司大量生產的系統。顯然，將其轉移到短程通信領域會帶來與市場碎片化相關的幾個問題，涉及許多產品和行業參與者。

雖然老一代無線設備通常是完全開放的，但新一代產品將額外的安全功能集成到系統中。除此之外，ARM的“TrustZone”還包括一個安全密鑰單元。在這里，密鑰存儲單元和加密服務保存在處理器的安全部分。實際上，這意味著密鑰可以放入，但一旦進入就無法讀出，并且加密操作在安全部分內部執行。

“信任區”可以被認為是將安全性從零提高到最終“智能卡”級別的第一步。然而，它受制于標準芯片中，沒有特定的硬件保護，防止通過側通道讀取密鑰，例如功率波動。也可以說它過于靈活，這意味著沒有經驗的設計師可能會因錯誤而留下安全漏洞。

安全后續步驟

實現安全性的下一步是添加一個硬件安全元素，該元素的作用與智能卡中的安全元素大致相同。在這里，問題是以相對安全的方式管理密鑰的配置，而不會像安全的“諾克斯堡”受信任的工廠那樣產生高開銷。

未來的芯片組和模塊肯定會比目前的標準具有更高的安全級別。將包括基于通信 SoC 中的嵌入式區域或配套硬件安全元件的關鍵存儲解決方案。密鑰的配置也將不斷發展，以滿足不同安全級別的需求，同時避免智能卡行業使用的方法的成本和復雜性。

無線更新是最新一代無線設備的常見功能，為黑客提供了另一道攻擊線。這受安全啟動過程的保護，該過程在啟動時驗證要加載的代碼自上次啟動以來是否未更改，并且任何更新包都包含正確的數字簽名以驗證代碼的來源。

許多新一代設備還將安全啟動過程集成到安全硬件元素中。

將安全性集成到無線設備中

歸根結底，安全性始終是一種權衡。添加安全功能會大大增加成本、設計復雜性，并降低性能特征，包括吞吐量、功耗和可用性。這對于小型無線設備尤其重要，這些設備通常旨在降低成本并使用簡單、有限的接口。

然而，隨著無線設備的復雜性和連接性的增長，惡意黑客的興趣也在增加。這是一個等待無線設計人員做出回應的持續挑戰。

審核編輯：郭婷