Nuova Sicurezza Software per Dispositivi Economici

Con l'aumento dei dispositivi connessi a Internet, proteggere i dati che gestiscono è diventato super importante. Questi dispositivi, spesso chiamati dispositivi IoT, maneggiano informazioni sensibili. Quindi, assicurarsi che i dati siano sicuri è fondamentale per la privacy e la sicurezza.

Anche se ci sono alcune soluzioni hardware per mantenere i dati al sicuro, spesso sono troppo costose per i dispositivi a basso costo. Molti di questi dispositivi non hanno funzionalità di sicurezza integrate, il che li rende vulnerabili ad attacchi. Questo articolo presenta un approccio di sicurezza basato su software progettato specificamente per questi tipi di dispositivi, permettendo loro di funzionare in sicurezza senza la necessità di hardware speciale.

#La Necessità di Protezione

Oggi nel mondo ci sono milioni di dispositivi embedded in uso. Questi dispositivi aiutano a creare servizi utili ma introducono anche rischi. Devono essere protetti perché possono raccogliere e gestire dati sensibili. Se lasciati vulnerabili, questi dati possono essere accessibili e sfruttati.

Un metodo comune per proteggere i dati è usare Ambienti di Esecuzione Affidabili (TEE). I TEE garantiscono che applicazioni e dati rimangano al sicuro. Tuttavia, la maggior parte dei TEE si basa su hardware specifico, che non è disponibile sui dispositivi più economici. Di conseguenza, molti dispositivi a basso costo non possono beneficiare di queste protezioni.

Ora si stanno sviluppando soluzioni basate su software per colmare questa lacuna. A differenza delle soluzioni hardware, i TEE basati su software possono essere aggiornati facilmente e non si basano su hardware specifico. Questo li rende più adatti per i dispositivi di fascia bassa. Tuttavia, molti sistemi basati su software non tengono conto degli attacchi hardware. Questa svista può mettere a rischio i dispositivi se qualcuno riesce ad accedervi fisicamente.

#Nuovo Approccio Software

Riconoscendo le limitazioni sia delle soluzioni hardware che di quelle software esistenti, è stato sviluppato un nuovo approccio di sicurezza basato su software. Questo approccio si concentra sulla fornitura di meccanismi leggeri per proteggere sia il software che i dati nei dispositivi embedded connessi in rete. Verifica continuamente l'integrità della memoria e offre soluzioni in caso di cambiamenti imprevisti.

Il codice dell’applicazione viene crittografato, rendendolo resistente alle manomissioni e garantendo affidabilità nel processo di verifica. Verranno utilizzati algoritmi di crittografia leggeri per proteggere questi dati. Questo nuovo framework di sicurezza è progettato per funzionare efficacemente su dispositivi di fascia bassa senza compromettere le loro prestazioni.

#Scenari di Attacco e Assunzioni

Quando si sviluppano sistemi di sicurezza, è essenziale capire le minacce potenziali. In questo caso, consideriamo attaccanti che hanno accesso diretto ai dispositivi. Possono alterare il codice dell'applicazione per leggere o modificare dati. Questi attaccanti possono anche intercettare le comunicazioni di rete e alterare i messaggi tra i dispositivi.

Si assume che il software utilizzato in questi dispositivi sia impostato correttamente da una parte fidata. Si prevede anche che funzioni senza bug. In questo scenario, l'attaccante non potrebbe bypassare le misure di sicurezza o interferire con il processo di verifica del codice. Si assume inoltre che ogni dispositivo abbia metodi per calcolare le chiavi di crittografia necessarie per proteggere i dati.

#Panoramica dell'Architettura

L'architettura di sicurezza proposta consiste in un modulo di calcolo che opera all'interno di un gateway centrale. Questo modulo monitora le applicazioni in esecuzione su vari nodi connessi. Ogni nodo ha un agente responsabile per garantire l'integrità del proprio codice applicativo. Questo agente genera una firma digitale del codice e la invia al modulo di calcolo per la convalida.

Sia il codice dell'applicazione che i messaggi scambiati tra il modulo di calcolo e i suoi agenti sono crittografati per una maggiore sicurezza. I principali componenti di questa architettura includono:

#App Manager

Questo componente interagisce con le applicazioni sui nodi. Effettua aggiornamenti e gestisce lo scambio di dati tra i nodi e il gateway.

#Key Manager

Il Key Manager gestisce la generazione e il rinnovo delle chiavi che proteggono le comunicazioni tra il modulo di calcolo e i suoi agenti. Utilizza un protocollo di scambio di chiavi per facilitare questo processo.

#Crypto

Questo modulo fornisce servizi crittografici. Può crittografare, decrittografare e creare Codici di Autenticazione dei Messaggi (MAC). L'App Manager può usare questo componente per crittografare il codice dell'applicazione prima di inviarlo ai nodi, garantendo aggiornamenti sicuri.

#Integrity Checker

L’Integrity Checker monitora la memoria per garantire che i dati rimangano invariati. Registra dove sono memorizzati i dati e controlla regolarmente l'integrità del codice dei nodi.

#Logger

Il Logger mantiene registrazioni degli stati della memoria, dei nodi connessi e dell'attività di rete. Questo aiuta a rilevare eventuali attacchi o tentativi di accesso non autorizzati.

#App Thread

L’App Thread esegue il codice dell'applicazione sviluppato dall'utente e fornisce un'interfaccia per il software e l'hardware sottostante. Tutte le interazioni devono utilizzare questa interfaccia per mantenere la sicurezza.

#Meccanismi di Protezione dei Dati

I dati memorizzati in memoria devono rimanere sicuri per garantire il corretto funzionamento dei sistemi. Questa architettura affronta l'integrità della memoria per prevenire accessi o modifiche non autorizzate a informazioni sensibili.

Quando i dati vengono memorizzati, vengono salvate due informazioni: i dati reali e un pezzo di dati chiamato controllo dell'integrità. Il controllo dell'integrità, creato utilizzando un codice di autenticazione dei messaggi (MAC), verifica che i dati non siano stati alterati. Solo l’Integrity Checker sa dove sono memorizzate le informazioni, rendendo più difficile per gli attaccanti manomettere i dati.

Usare i MAC fornisce un modo sicuro per convalidare i dati poiché in questo processo viene utilizzata una chiave segreta. Questo significa che solo le parti autorizzate possono creare il corretto controllo dell'integrità, rendendo molto più difficile per gli attaccanti falsificare la sicurezza dei dati.

#Strategie di Protezione delle Applicazioni

Oltre alla riservatezza dei dati, è fondamentale garantire l'integrità del codice applicativo memorizzato nei nodi. Il codice applicativo è crittografato e viene decrittografato solo durante l'esecuzione. Un metodo di sfida-risposta controlla l'integrità del codice. Il gateway invia una sfida crittografata al nodo, che deve rispondere correttamente per dimostrare che il suo codice non è stato modificato. Se il nodo non risponde come previsto, il sistema assume che sia compromesso e prende le misure appropriate.

#Processo di Rinnovo delle Chiavi

Per mantenere la sicurezza nel tempo, è importante rinnovare regolarmente le chiavi di crittografia. Prima di aggiornare un'applicazione, la chiave utilizzata per crittografare il suo codice viene aggiornata. Questo processo di rinnovo può avvenire anche senza una richiesta di aggiornamento, garantendo che la crittografia rimanga sicura.

#Algoritmi di Crittografia Leggeri

Dato che l'obiettivo dell'architettura è supportare dispositivi a basso costo, si basa su algoritmi di crittografia leggeri. Questi algoritmi devono funzionare in modo efficace senza richiedere risorse eccessive. Durante i test, sono stati valutati due algoritmi di crittografia leggera NIST per determinarne l'idoneità.

I risultati hanno mostrato che uno degli algoritmi ha superato l'altro in termini di velocità e utilizzo delle risorse. Questa scoperta indica che la selezione attenta dei metodi di crittografia è vitale per garantire la sicurezza senza sacrificare le prestazioni.

#Implementazione e Test

L'architettura proposta è attualmente in fase di implementazione per verificarne l'efficacia. Sarà allestito un prototipo per testare quanto bene funziona in un contesto reale. Il prototipo includerà un gateway dal quale opera il modulo di calcolo, collegando più nodi dove verranno distribuiti agenti e applicazioni.

Testare il sistema in un ambiente distribuito consente di valutare le pratiche di comunicazione e scambio di dati tra il gateway e i nodi. Identificando potenziali sfide, l'architettura può essere affinata per gestire meglio le misure di sicurezza.

In sintesi, questo lavoro introduce un sistema di sicurezza basato su software che si adatta a dispositivi embedded a basso costo, fornendo protezioni essenziali senza necessità di cambiamenti hardware. Man mano che il progetto avanza, ulteriori test valuteranno le prestazioni e l'efficienza in scenari reali.