RX-Mikrocontroller - elektronik industrie

Embedded-Systeme
Verschlüsselungsmöglichkeiten gegen Manipulationen
abzusichern. Wie in der Folge
gezeigt wird, bieten heute Embedded-Controller
die nötigen Tools in Form von implementierten
Hardwarefunktionsblöcken.
Der angedachte intelligente und geschützte
Zähler kann vom Netzwerkstandpunkt
aus als Smart Gateway betrachtet werden,
das über die Fähigkeit eine gesicherte Verbindung
aufzubauen, verfügen muss. Das
Blockdiagramm stellt ein kostengünstiges
System dar, das auf einem Embedded-PowerPC-Controller
APM8018x von Apllied
Micro basiert. Auf Basis des bekannten
32-Bit-RISC-Core PPC405 mit einem Standardperipheriemix
aus USB + PHY, Gbit-
Ethernet, PCIe (80182 2x), Flash-Controller
bietet der Controller des Weiteren QoS nach
802.1p und g, time-stamp-Funktion nach
IEEE-1588, IPv4 und IPv6 sowie einen
look-aside Verschlüsselungsblock, der direkt
am lokalen Prozessorbus angeschlossen
ist. Dessen Hauptfunktionen gliedern sich
in einen Coprozessor für IPSec, SSL/TLS,
sRTP, Verschlüsselung nach DES, 3DES,
AES, ARC4 sowie HASH Summenbildung
entsprechend SHA1, SHA2 oder MD5. Abgerundet
wird das Ganze durch einen Displaycontroller
mit einer Auflösung von 640
x 480 Pixel mit LVDS-Schnittstelle.
Auf Basis einer solchen Grundplattform,
die über die Schnittstellen zusätzlich über
entsprechende Connectivity-Module wie
WLAN oder ZigBee in ein lokales Netz eingebunden
werden kann, ist ein in erster Näherung
geschützter Zähler realisierbar. Geht
man aber einen Schritt weiter und stellt sich
vor, jemand mit entsprechendem Wissen
hat es geschafft, sich Zugang zum Inneren
des Smart Meters und somit zum Embedded
Linux zu verschaffen, sind Manipulationen
denkbar, die so weit führen können,
dass der Angreifer sich in den Datenverkehr
einklinkt. Um das zu verhindern, müsste
das Programm ebenfalls verschlüsselt sein
und komplett gekapselt ablaufen. Solch ein
Sicherheitserfordernis benötigt allerdings
einen etwas größer geschnittenen Baustein,
mit Strukturen, wie sie Bausteine der Packet-Pro-Familie
bieten.
APM 86692 Black Mamba
Anstatt einfach zahlreiche CPUs vom Typ
stand-alone auf einen Chip zu integrieren,
hat Applied Micro einen modifizierten Weg
eingeschlagen und es derzeit beim Dual
Core belassen und dafür dedizierte Funktionsblöcke
dem APM86682 Black Mamba
ins Silizium gegossen, von denen jeder seinen
Teil dazu beiträgt, die Aufgaben, die ein
System am meisten fordert, zu übernehmen.
Um einen Vergleich zur täglichen Arbeitswelt
zu ziehen: Das Konzept Packet Pro entlastet
die CPUs vom Tagesgeschäft, damit
sich diese sinnvolleren Aufgaben, wie der
eigentlichen Applikation, widmen können.
Der Umstand, dass die Packet-Pro-Familie,
die auf einem überarbeiteten 440er
PowerPC-Core basiert, codekompatibel zu
bestehenden PowerPC-Produkten ist, ermöglicht
die Mitnahme all dessen an Software
und Tools, was man bis dato geschaffen
oder angeschafft hat.
Mit den Dual- und Single-Core-Versionen
handelt es sich hier um eine Familie
von Bausteinen, die vom Konzept her für
Ethernet-Paketverarbeitung ausgelegt ist.
Für den Anwendungsfall Smart Meter trifft
es zwar sicherlich zutrifft, aber vom Workload
her dürfte der Baustein nicht ausgelastet
sein. Für das Problem Systemsicherheit
verfügt der Baustein aber über eine
Funktion, die im Blockdiagramm durch
ein Vorhängeschloss symbolisiert wird.
Nachdem der Arbeitsanfall überschaubar
sein dürfte, sollte die Single-Core-Version
APM86681 reichen.
In einem Trusted Management Module
(TMM) werden Funktionen dargestellt, die
genau die Sicherheitsbedürfnisse für das
Smart Meter adressieren. Ein Secure Boot
ermöglicht eine Entschlüsselung beim
Booten beziehungsweise eine Authentifizierung
der Echtheit der Software. Hierbei
wurde vor allem dem Wunsch nach Kopierschutz
von Systemsoftware und damit
dem Schutz gegen Plagiate Rechnung getragen.
Genauso ließe sich hiermit aber
auch ein System, dass vermeintlich gekapert
wurde, sicher neu starten.
Wichtig für notwendige Updates, die der
Energieversorger durchführen möchte, ist
die Möglichkeit, damit neue Images zu authentifizieren.
Runtime-Software-Integritätschecks
überwachen das System auf Integritätsverletzungen,
um dann entsprechende
Maßnahmen zu ergreifen. Eine
Hardware-Authentifizierung überwacht
die Signaturen anderer Komponenten im
System und vergleicht diese mit den erwarteten
Werten, um Schlüsse über die Hardware-Integrität
zu ziehen. Selbstredend
stehen für die dargestellten Lösungsansätze
die kompletten Ecosysteme zur Designunterstützung
zur Verfügung. (jj)
n
infoDIREKT
500ei0213
Der Autor: Klaus Vogel ist Systems
Application & Product Manager
Semiconductor Division bei der ACAL
BFi Germany GmbH in Gröbenzell bei
München.
www.elektronik-industrie.de