Wie schützt man einen Mikrocontroller (MCU) vor Hacking oder Manipulation?

Die Absicherung eines Mikrocontrollers ist entscheidend, besonders bei Anwendungen mit sensiblen Daten, finanziellen Transaktionen oder sicherheitskritischer Infrastruktur. Hier ist ein umfassender Ansatz, aufgeteilt in Hardware, Firmware und Entwicklungsprozess:

1. Schutz auf Hardware-Ebene

a. Secure Boot

• Stellt sicher, dass der MCU nur vertrauenswürdige, signierte Firmware startet.

• Verhindert, dass bösartiger Code beim Start ausgeführt wird.

b. Lese-/Schreibschutz

• Aktivieren Sie den Flash-Speicherschutz (z. B. RDP bei STM32).

• Deaktivieren Sie Debug-Interfaces (JTAG/SWD) nach der Entwicklung.

• Sperren Sie ungenutzte Peripheriegeräte, um Angriffsflächen zu minimieren.

c. Physischer Manipulationsschutz

• Verwenden Sie Manipulations-Erkennungspins oder -sensoren (z. B. für Gehäuseöffnungen, Spannungs- oder Temperaturabweichungen).

• Setzen Sie Epoxidharz oder Versiegelungen zur physischen Sicherung ein.

d. Sicherheitsmodule oder Secure Elements

• Einige MCUs (z. B. NXP LPC55Sxx, STM32H5, Microchip Trust Platform) enthalten kryptografische Co-Prozessoren.

• Kryptografische Operationen auslagern, um Schlüssel-Leakage zu verhindern.

2. Schutz auf Firmware- und Software-Ebene

a. Firmware-Verschlüsselung und -Authentifizierung

• Firmware im Speicher und bei der Übertragung verschlüsseln.

• Digitale Signaturen und kryptografische Hashes verwenden, um die Integrität zu überprüfen.

b. Code-Obfuskation

• Erschwert das Reverse Engineering durch Verschleierung kritischer Codeteile.

c. Laufzeitschutz

• Watchdogs und Integritätsprüfungen implementieren.

• Memory Protection Units (MPU) oder TrustZone (wenn unterstützt) verwenden, um sichere von unsicheren Bereichen zu trennen.

d. Sichere Over-the-Air (OTA) Updates

• OTA-Updates verschlüsseln und authentifizieren.

• Schutz gegen Firmware-Rollbacks implementieren.

3. Sicherheit im Entwicklungsprozess

a. Bedrohungsanalyse und sichere Programmierung

• Sichere Programmierstandards (z. B. MISRA für Embedded C) befolgen.

• Regelmäßige Code-Reviews und Penetrationstests durchführen.

b. Statische und dynamische Analyse-Tools

• Verwenden Sie Tools wie Coverity, Cppcheck oder Valgrind, um Schwachstellen frühzeitig zu erkennen.

c. Sichere Schlüsselverwaltung

• Kryptografische Schlüssel niemals hart im Code einbetten.

• Schlüssel sicher während der Produktion einspielen.

• Schlüssel regelmäßig rotieren und kompromittierte sperren.

4. Nach dem Einsatz

a. Monitoring und Protokollierung

• Auffälliges Verhalten protokollieren, wo möglich.

• Protokolle gegen Manipulation absichern.

b. Regelmäßige Updates und Patches

• Sicheren Update-Mechanismus bereitstellen, um bekannte Schwachstellen zu beheben.

 Beispielhafte Sicherheitsfunktionen nach Hersteller

Sicherheits-Checkliste

• Secure Boot aktivieren

• Debug- und Programmier-Interfaces schützen

• Firmware verschlüsseln und signieren

• Watchdogs und Laufzeitprüfungen integrieren

• Sichere Entwicklungspraktiken anwenden

• Schlüssel sicher verwalten

• Nach dem Deployment überwachen und pflegen