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DAY 13
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Security

借鏡美國NIST Cybersecurity Framework到零信任:整合FIDO打造資訊安全的未來系列 第 13

[Day 12] 韌體安全挑戰及策略:從設計端到韌體恢復的全方位防禦

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引言
嗨,我是resorce!今天我們將深入探討一個極具挑戰性的領域:韌體安全。韌體是系統中最具特權的層級,一旦遭到攻擊,整個系統的安全將面臨重大風險。因此,我們不僅要應對這些威脅,還要依據NIST SP 800-147 和 SP 800-193等重要指南,從設計端到韌體恢復全面保障韌體安全。
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韌體安全的挑戰
韌體位於硬體和操作系統之間,控制著系統的啟動和運行,並擁有比操作系統更高的特權。以下是韌體安全所面臨的主要挑戰:

隱藏的攻擊面
傳統安全工具很難檢測韌體中的攻擊點。當攻擊者通過未經授權的韌體更新或惡意韌體獲取系統控制權時,可能繞過操作系統的安全防護。

更新頻率低
韌體更新較為罕見,這讓攻擊者有更多的機會利用韌體中的漏洞進行攻擊。許多系統忽略了對韌體的定期更新,造成長期安全風險。

供應鏈的複雜性
韌體來自多個供應商,這使得保護每個韌體元件變得更加困難。供應鏈中的任何一個薄弱環節都可能成為攻擊的突破口。

應對韌體安全挑戰的策略
為了應對這些挑戰,我們將結合NIST SP 800-147 和 SP 800-193的指南,並且融入**安全開發生命周期(SDL)**的精神,確保韌體安全從設計端開始得到保護。這些指南為我們提供了從韌體保護、檢測到恢復的全方位策略。

  1. 韌體保護策略:NIST SP 800-147
    NIST SP 800-147 為BIOS和韌體更新提供了一個安全的流程,並引入了根信任(RoT)來確保每個韌體更新都是可信的。以下是SP 800-147的核心保護機制:

認證的BIOS更新:所有BIOS更新必須經過身份驗證,利用數位簽名機制防止未經授權的BIOS更新。這意味著只有經過數位簽名的韌體更新才能安裝,從而防止惡意更新的安裝。

本地更新的物理驗證:韌體的本地更新需要物理存在的授權。這樣即使是遠程攻擊者,也無法繞過系統管理者的實體驗證來強行更新韌體。

完整性保護機制:該機制確保BIOS或韌體在經過認證的更新過程之外不會被惡意修改或損壞。這意味著即使攻擊者試圖修改韌體,更新過程中的安全措施也能有效保護韌體完整性。

防繞過機制:SP 800-147提出了防止繞過認證更新機制的功能,確保韌體更新只能通過經過驗證的過程進行,防止其他系統組件直接修改韌體。

  1. 韌體檢測與恢復機制:NIST SP 800-193
    NIST SP 800-193 提供了韌體安全的三大支柱:保護、檢測和恢復。這三個機制相輔相成,為我們提供了一個完整的防禦體系:
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    保護機制:確保系統韌體代碼和關鍵數據的完整性,防止未經授權的修改。這些保護機制能有效防止韌體受到惡意修改,並確保其穩定運行。

檢測機制:檢測韌體代碼或數據是否因保護機制的失效而遭到損壞。這一檢測機制由**檢測根信任(RTD)**支撐,利用基於RSA的金鑰對韌體進行驗證,確保引導過程中的韌體或數據未被修改。

恢復機制:一旦檢測到韌體損壞,恢復機制將系統恢復到一個已知良好的狀態。這一過程由**恢復根信任(RTRec)**支撐,能夠找到可靠的韌體映像,並進行自動恢復,保證系統迅速恢復正常運行。RTRec 必須是不可變的,並且能夠支持韌體的完整更新過程。

NIST SP 800-193 的這些機制涵蓋了整個系統中的所有韌體,從管理控制器、服務處理器到儲存設備和網絡控制器,確保整個系統的韌體得到全方位保護。

  1. 根信任(RoT)機制
    根信任(Root of Trust, RoT)是韌體安全的基礎。RoT負責檢測、保護和恢復系統中的韌體,並確保每一個操作都是可信的。NIST SP 800-193 和 SP 800-147 都強調了RoT的關鍵作用,將其分為以下三類:

用於韌體更新的RoT(RTU):在進行韌體更新時,RTU利用RoT來驗證傳入的韌體映像是否真實和完整。RTU 確保韌體更新只能由受信的映像進行,避免惡意韌體的安裝。

用於檢測的RoT(RTD):RTD負責檢測韌體中的變更,確保任何韌體的修改都經過驗證。RTD通常使用基於RSA的公鑰來驗證韌體是否由合法私鑰簽署,並確保韌體在運行期間未被惡意修改。

用於恢復的RoT(RTRec):RTRec 在韌體損壞時啟動,將系統恢復到一個已知的良好狀態。RTRec不可變且高度可信,能夠自動啟動韌體備份,防止系統徹底崩潰。

SDL 與韌體安全的結合
通過將SDL(安全開發生命周期) 融入韌體開發過程,我們能夠確保韌體安全從設計端開始得到保障。SDL強調在設計、開發和部署每一階段都進行安全評估和測試,這與NIST SP 800系列文件的指導精神完美契合。

威脅建模:在設計階段對潛在的攻擊點進行預測,並提前部署防護措施。
靜態和動態安全測試:通過SAST和DAST來進行代碼分析,確保在開發過程中及早發現並修補潛在漏洞。
持續監控與更新:結合RoT機制,持續檢測韌體的完整性,並確保系統能及時應對潛在的攻擊。
互動小遊戲:保護你的數位堡壘!
任務背景:
想像你是一名資安英雄,守護著數位城堡的基礎韌體。突然間,一個潛伏已久的駭客團隊試圖通過未經授權的韌體更新來攻擊你的系統。你需要根據今天學到的韌體保護策略來阻止他們的攻擊,並保護你的數位堡壘!

問題 1:駭客試圖進行未經授權的韌體更新,如何防止這種攻擊?
A. 啟用數位簽名機制,確保


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