嵌入式软件的安全设计分析

嵌入式软件的安全设计分析

费成振

江苏万联达医疗科技有限公司  江苏昆山  215300

摘要：目前嵌入式软件涵盖了家庭自动化、医疗设备、交通出行等多个领域，随着嵌入式软件的普及，其安全性也成为了一个不容忽视的问题。根据2021年的一份报告显示，去年全球嵌入式软件安全漏洞数量已经突破3000个，其中有20%以上被认为是高风险漏洞，这些漏洞可能导致使用者面临数据泄露、物理伤害、网络攻击等安全风险，给用户和企业带来严重损失。为了确保嵌入式软件的可靠性，软件研发团队应在设计和应用阶段充分考虑如何提高其防护措施和安全等级，包括使用安全性较高的芯片、加密技术、访问控制等措施，并且还需要进行安全性评估和漏洞测试及时修复漏洞。

关键词：嵌入式软件；安全设计；分析

随着物联网和人工智能技术的不断发展，嵌入式系统已经成为了现代科技中不可或缺的一部分。嵌入式软件是指预装在各种嵌入式设备中的软件程序，能够控制设备的各种功能和操作，据统计目前全球每年生产的嵌入式设备数量已经超过了数十亿个，并且随着物联网应用的不断拓展，这个数字还将继续增长。这些设备的操作系统、网络连接和应用程序都需要高效、安全、可靠的嵌入式软件来支持和驱动。因此嵌入式软件的实用性和重要性不言而喻。

1.嵌入式软件的安全设计原则

随着嵌入式系统和设备不断普及，嵌入式软件的安全性日益受到重视，一旦嵌入式软件遭到攻击或泄露，将会导致严重的安全事故和财产损失。因此设计安全可靠的嵌入式软件已经成为制造商和用户共同关注的话题。嵌入式软件的安全设计应该遵循以下基本原则：首先，采用多层次安全防御措施，例如在软件设计过程中，应采用多种加密算法、访问控制和审计机制等措施，确保数据的机密性和完整性[1]；遵循最小特权原则，即将用户权限限制在最低限度，只授予用户所需的最小权限，以防止恶意攻击者利用权限攻击系统；第三应该尽可能减少代码复杂度，去除不必要的代码和漏洞，避免系统出现不可预测的行为；最后及时更新和修复漏洞，保持软件系统的安全性和可靠性。嵌入式软件的实用性在于它们可以控制和支持各种智能设备的功能和操作，比如在自动驾驶汽车、智能工厂和智能家居等领域中，嵌入式软件的应用已经非常普遍，成为这类产品中不可或缺的一部分。然而由于嵌入式软件的复杂性和特殊性，软件开发人员需要注重软件的安全性，设计可靠的安全机制，以保护用户数据和系统安全。总的来说嵌入式软件的安全设计原则包括多层次安全防御、最小特权原则、代码简洁和修复漏洞。这些原则可以确保软件系统的安全性和可靠性，保护用户数据和系统安全。同时，嵌入式软件的实用性也表明，它们已经成为现代科技中不可或缺的一部分，为人们的生活和工作方式带来了极大的便利和改善。

2.嵌入式软件安全设计的主要方式

2.1安全需求分析

一个安全的嵌入式系统需要进行多层次的保护，从开发阶段到运行时，每个层次都需要遵循最佳实践和标准。根据一份由Forrester Consulting委托进行的调查，超过70%的企业在开发嵌入式系统时都会优先考虑安全性，这表明安全已经成为嵌入式系统开发中的关键需求，有一份美国研究报告指出，超过60%的受访者表示，当购买嵌入式系统时，安全性是他们最关心的问题，这意味着为了满足客户需求，开发者需要将安全性放在首位，并确保嵌入式系统在使用过程中始终能够保护用户的隐私和数据安全。

2.2加密与认证

加密技术可以确保数据在传输和存储过程中不被非法获取，而认证技术则可以确认系统中的实体是合法的。在当前形势下各种恶意攻击事件层出不穷，加密和认证技术更显得尤为重要，嵌入式软件加密技术包括对数据的加密、密钥管理和安全协议等方面，如对称加密、非对称加密、哈希函数等[2]。密钥管理是加密技术的核心，其安全性和可靠性对加密技术的实施至关重要；同时安全协议的实现也需要考虑到实际的应用场景和通信环境；嵌入式软件里的认证技术可以确认使用软件的实体是否合法，以防止非法用户的进入并出现恶意攻击软件或网络的行为，常用的认证技术包括密码认证、生物特征认证、智能卡认证等，其中密码认证技术是最常用的一种认证技术，但在实际应用中，密码的保密性和可靠性面临着很大的挑战。嵌入式软件加密和认证技术在保护系统安全方面发挥着至关重要的作用，为了提升其整体可靠性还需要综合考虑硬件、软件、人员等多方面的因素来进行全面的安全设计。

2.3安全编码和代码审查

随着嵌入式软件的推广速度加快，黑客攻击事件也越来越多，通过反复对代码进行安全审查可以发现代码中存在的漏洞和错误，从而提高代码质量，保障系统的安全性。根据最新的研究数据，软件缺陷是导致嵌入式设备被攻击的主要原因之一，而在所有的软件缺陷中，安全问题是最严重的问题之一，因此安全编码规范是保证代码质量和安全性的关键，通过安全编码规范，可以减少代码中的漏洞和错误，从而提高代码质量和安全性。在编写代码时，开发人员应遵循安全编码规范，如避免使用已知的漏洞代码和库、对输入参数进行检查和限制、避免使用不安全的函数等，按照规范编写完成代码后，还需要进行审查，在代码审查过程中，开发人员可以通过逐行检查代码来查找代码中可能存在的漏洞和错误，并提出相应的修改建议，代码审查的目的是确保代码质量和安全性，并提高开发人员的代码编写水平，通过遵循安全编码规范并进行代码审查，可以提高代码质量和安全性，从而保障嵌入式设备的可靠性和安全性。

2.4安全测试

安全性测试是对嵌入式软件的漏洞和风险进行评估，可以检测嵌入式软件是否存在数据泄露、身份验证和访问控制等安全方面的问题，当前各种类型的攻击手段不断涌现，如漏洞利用、拒绝服务攻击、恶意软件、侧信道攻击等，为了保障嵌入式设备的安全使用，就必须要对嵌入式软件进行反复的安全测试，可以通过黑盒测试和透明盒测试进行。黑盒测试是指对系统进行功能测试和渗透测试等手段，通过尝试攻击系统来评估系统的安全性；透明盒测试则是基于嵌入式软件的源代码，对软件进行静态分析、代码审查和动态分析等方式，从而发现和修复潜在的安全问题。在进行安全测试时，还需要将测试结果与安全标准和规范进行对比，确保嵌入式软件的安全性达到最高水平[3]。

2.5固件更新

固件更新可以修复系统漏洞，增强系统安全性，及时进行固件更新可以有效避免嵌入式设备受到安全攻击，固件更新还可以增加设备的功能和性能，更新后的固件可以优化设备的工作效率，提高设备的使用体验[4]。同时设备制造商也可以通过固件更新来修复设备在使用过程中出现的问题，提高设备的可靠性和稳定性。尽管固件更新带来的诸多好处，但在实际操作中也存在一定的风险，不合适的固件更新可能会导致设备无法正常工作，甚至出现系统故障，为了减少这种风险，固件更新需要严格的测试和验证，确保更新后的系统能够正常工作[5]。

结束语：

在当前信息化和物联网普及的背景下，嵌入式系统在各行各业中得到广泛应用，然而嵌入式软件的安全问题也越来越受到重视，如何保证嵌入式软件的安全已成为业界热议的话题。在人们的实际应用中，会采用加密与认证、安全编码和代码审查、安全测试等多种方式对嵌入式软件进行安全防护，以保证系统的安全性和可靠性。此外，及时进行固件更新也是防范嵌入式软件漏洞的重要措施之一。在设计嵌入式软件时，要遵循安全设计原则，从源头上防范安全隐患，确保系统的稳定和可靠。综合来看，嵌入式软件的安全设计不仅是一项技术问题，也是一项战略性问题，需要全面、系统地考虑，方能确保系统的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]刘栋,方丽萍,李国要. 基于覆盖率的嵌入式软件测试方法研究[J]. 电脑与电信,2022,(10):94-97.

[2]徐晶. 嵌入式软件在计算机软件设计中的应用研究[J]. 信息记录材料,2022,23(10):123-125.

[3]李红卫. 基于改进遗传算法的嵌入式软件时序测试数据自动生成方法[J]. 自动化与仪器仪表,2022,(09):75-78+83.

[4]高庆,陈静,许平,张世琨. 工业嵌入式软件开发安全漏洞模式研究[J]. 信息安全研究,2022,8(06):595-604.

[5]周光海. 机载嵌入式软件的安全性机制研究[J]. 电子测试,2019,(06):18-19.