esp-idf/docs/zh_CN/security/security.rst

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安全
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:link_to_translation:`en:[English]`
本指南概述了乐鑫解决方案中可用的整体安全功能。从 **安全** 角度考虑,强烈建议在使用乐鑫平台和 ESP-IDF 软件栈设计产品时参考本指南。
目标
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高级安全目标包括:
#. 防止执行不受信任的代码
#. 保护存储在外部 flash 中代码的可信度和完整性
#. 保护设备身份
#. 安全存储机密数据
#. 设备身份验证与加密通信
平台安全
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.. _secure_boot-guide:
安全启动
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安全启动功能可以确保设备仅执行通过身份认证的软件。安全启动时,会验证 :doc:`../api-guides/startup` 中所涉及的所有 **可变** 软件实体,形成信任链。设备启动以及 OTA 更新过程中都会进行签名认证。
关于安全启动功能的更多详情,请参阅 :doc:`secure-boot-v2`
.. only:: esp32
关于 ESP32 在发布 ECO3 前的安全启动功能,请参阅 :doc:`secure-boot-v1`
.. important::
强烈建议在所有生产设备上启用安全启动功能。
安全启动最佳实践
^^^^^^^^^^^^^^^^
* 在具备高质量熵源的系统上生成签名密钥。
* 签名密钥始终保密;签名密钥泄露会危及安全启动系统。
* 禁止第三方使用 ``espsecure.py`` 观察密钥生成或签名过程的相关细节,这两个过程都容易受到时序攻击或其他侧信道攻击的影响。
* 确保正确烧录所有安全性 eFuse包括禁用调试接口以及非必需的启动介质例如 UART 下载模式)等。
.. _flash_enc-guide:
flash 加密
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
flash 加密功能可以加密外部 flash 中的内容,从而保护存储在 flash 中软件或数据的 **机密性**
关于该功能的更多详情,请参阅 :doc:`flash-encryption`
.. only:: SOC_SPIRAM_SUPPORTED and not esp32
如果 {IDF_TARGET_NAME} 连接了外部 SPI RAM那么写入或读取到 SPI RAM 的内容将会分别进行加密和解密。当启用 flash 加密时,上述过程将通过 MMU 的 flash 缓存实现。以上加密和解密过程为存储在 SPI RAM 中的数据提供了额外的安全层,有助于安全地启用 ``CONFIG_MBEDTLS_EXTERNAL_MEM_ALLOC`` 等特定配置选项。
flash 加密最佳实践
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* 建议在生产环境中使用 flash 加密的发布模式。
* 建议为每个设备生成唯一的 flash 加密密钥。
* 启用 :ref:`secure_boot-guide` 作为额外保护层,防止 flash 在启动前遭受恶意攻击。
.. only:: SOC_DIG_SIGN_SUPPORTED
设备身份
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在 {IDF_TARGET_NAME} 中,数字签名外设借助硬件加速,通过 HMAC 算法生成 RSA 数字签名。RSA 私钥仅限设备硬件访问,软件无法获取,保证了设备上存储密钥的安全性。
数字签名外设可以建立与远程终端之间的 **安全设备身份**,如基于 RSA 加密算法的 TLS 双向认证。
更多详情请参阅 :doc:`../api-reference/peripherals/ds`
.. only:: SOC_MEMPROT_SUPPORTED or SOC_CPU_IDRAM_SPLIT_USING_PMP
内存保护
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{IDF_TARGET_NAME} 可以通过架构或 PMS 等特定外设实现 **内存保护**强制执行和监控内存以及某些外设的权限属性。使用相应外设ESP-IDF 应用程序启动代码可以配置数据内存的读取/写入权限以及指令内存的读取/执行权限。如有任何操作尝试违反这些权限属性,如写入指令内存区域,将触发违规中断,导致系统 panic。
使用该功能需启用配置选项 :ref:`CONFIG_ESP_SYSTEM_MEMPROT_FEATURE`,该选项默认启用。请注意,该功能的 API 是 **私有** 的,仅供 ESP-IDF 代码使用。
.. note::
内存保护功能可以防止因软件漏洞导致的远程代码注入。
.. only:: SOC_CRYPTO_DPA_PROTECTION_SUPPORTED
差分功耗分析 (DPA) 保护
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{IDF_TARGET_NAME} 支持针对 DPA 相关安全攻击的保护机制。DPA 保护通过动态调整加密外设的时钟频率,在其运行期间模糊了功耗消耗记录。时钟变化范围会根据配置的 DPA 安全级别改变。更多详情请参阅技术参考手册。
通过 :ref:`CONFIG_ESP_CRYPTO_DPA_PROTECTION_LEVEL` 可以调整 DPA 级别。级别越高安全性越强,但也可能会影响性能。默认启用最低级别 DPA 保护,可以根据安全需求修改。
.. note::
请注意,为确保 DPA 保护正常工作,必须启用硬件 :doc:`RNG <../api-reference/system/random>`
调试接口
~~~~~~~~~~~~~~~~
JTAG
^^^^
.. list::
- 如果启用了任一安全功能,则 JTAG 接口将保持禁用。更多详情请参阅 :ref:`jtag-debugging-security-features`
- 如果不启用其他安全功能,也可以使用 :ref:`efuse_API` 禁用 JTAG 接口。
:SOC_HMAC_SUPPORTED: - {IDF_TARGET_NAME} 支持软禁用 JTAG 接口,并且可以通过 HMAC 烧录密钥重新启用,请参阅 :ref:`hmac_for_enabling_jtag`。
UART 下载模式
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.. only:: esp32
对于 ESP32 ECO3如果在发布配置中启用了任一安全功能UART 下载模式将保持禁用。也可以在运行时调用 :cpp:func:`esp_efuse_disable_rom_download_mode` 禁用该模式。
.. important::
如果禁用了 UART 下载模式,则无法在设备上使用 ``esptool.py``
.. only:: SOC_SUPPORTS_SECURE_DL_MODE
{IDF_TARGET_NAME} 中,如果启用了任一安全功能,则会激活安全 UART 下载模式。
* 要启用安全 UART 下载模式,也可以调用 :cpp:func:`esp_efuse_enable_rom_secure_download_mode`
* 该模式下,禁止执行通过 UART 下载模式下载的任意代码。
* 该模式将限制部分涉及更新 SPI 配置的命令,如更改波特率、基本的 flash 写入以及通过 ``get_security_info`` 返回当前启用的安全功能摘要。
* 要完全禁用安全 UART 下载模式,可以将 :ref:`CONFIG_SECURE_UART_ROM_DL_MODE` 设置为建议选项 ``Permanently disable ROM Download Mode``,或者在运行时调用 :cpp:func:`esp_efuse_disable_rom_download_mode`
.. important::
安全 UART 下载模式下,仅支持使用 ``--no-stub`` 参数调用 ``esptool.py``
.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED
网络安全
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Wi-Fi
~~~~~
除传统安全协议 WEP/WPA-TKIP/WPA2-CCMP 外ESP-IDF 的 Wi-Fi 驱动程序还支持其他先进的安全协议。详情请参阅 :doc:`../api-guides/wifi-security`
TLS传输层安全性协议
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
建议在 ESP 设备的所有外部通信中使用 TLS如云通信、OTA 更新等。:doc:`mbedTLS <../api-reference/protocols/mbedtls>` 是 ESP-IDF 官方支持的 TLS 协议栈。
TLS 默认集成在 :doc:`../api-reference/protocols/esp_http_client`:doc:`../api-reference/protocols/esp_https_server` 和其他几个 ESP-IDF 预置的组件中。
.. note::
推荐使用 ESP-IDF 协议组件已确认安全的默认配置。请勿禁用 HTTPS 和类似的安全相关配置。
ESP-TLS 抽象层
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ESP-IDF 为最常用的 TLS 功能提供了一个抽象层,因此,建议应用程序使用由 :doc:`../api-reference/protocols/esp_tls` 提供的 API。
:ref:`esp_tls_server_verification` 部分着重描述了在设备端建立服务器身份的多种方式。
ESP 证书捆绑包
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调用 :doc:`../api-reference/protocols/esp_crt_bundle` API 即可包含一组自定义 x509 根证书,用于验证 TLS 服务器。对于绝大部分的标准 TLS 服务器,都可以使用证书捆绑包轻松验证服务器身份。
.. important::
强烈建议基于 X.509 证书验证服务器身份,谨防与 **伪造** 服务器建立通信。
产品安全
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安全配网
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安全配网是指将 ESP 设备安全接入 Wi-Fi 网络的过程。该机制还支持在初始配网阶段从配网实体(如智能手机等)获取额外的自定义配置数据。
ESP-IDF 提供了多种安全方案,可以在 ESP 设备和配网实体之间建立安全会话,具体方案请参阅 :ref:`provisioning_security_schemes`
关于该功能的更多详情和代码示例,请参阅 :doc:`../api-reference/provisioning/wifi_provisioning`
.. note::
乐鑫提供了 Android 和 iOS 手机应用程序及其源代码,以便进一步根据产品需求定制安全配网方案。
安全 OTA 更新
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- OTA 更新必须通过安全传输进行,如 HTTPS。
- ESP-IDF 为此提供了一个简化的抽象层,即 :doc:`../api-reference/system/esp_https_ota`
- 如果启用了 :ref:`secure_boot-guide`,则服务器应托管已签名的应用程序镜像。
- 如果启用了 :ref:`flash_enc-guide`,则服务器端不需要额外操作,在 flash 写入时,设备将自动加密。
- OTA 更新的 :ref:`ota_rollback` 可以在验证完应用程序的功能后,再将应用程序切换为 ``active`` 状态。
防回滚保护
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防回滚保护功能确保设备仅执行特定版本的应用程序,即应满足设备 eFuse 存储的安全版本条件。因此,即使已由合法密钥信任和签名,应用程序可能包含已撤销的安全功能或凭据,因此设备必须拒绝执行此类应用程序。
ESP-IDF 仅支持在应用程序使用该功能,并通过二级引导加载程序管理。安全版本存储在设备 eFuse 中,并在启动时和 OTA 更新期间与应用程序镜像头进行比较。
关于启用此功能的更多详情,请参阅 :ref:`anti-rollback`
加密固件分发
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OTA 更新期间,使用加密的固件分发,可以确保在从服务器 **传输** 到设备的过程中应用程序保持加密。OTA 更新期间,这可以作为在 TLS 通信之上的额外保护层,保护应用程序身份。
关于加密固件分发的工作示例,请参阅 :ref:`ota_updates_pre-encrypted-firmware`
安全存储
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安全存储指在设备上以安全方式存储应用程序的特定数据,即将数据存储在外部 flash 中。外部 flash 通常是可读写的 flash 分区,用于存储设备特定的配置数据,如 Wi-Fi 凭据。
ESP-IDF 提供了 **NVS非易失性存储** 管理组件,允许加密数据分区。该功能与上文提到的 :ref:`flash_enc-guide` 平台功能相关。
关于该功能的工作原理和启用说明,请参阅 :ref:`nvs_encryption`
.. important::
ESP-IDF 组件会默认将 Wi-Fi 证书等设备特定数据写入 NVS 默认分区,建议使用 **NVS 加密** 功能来保护这些数据。
安全设备控制
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ESP-IDF 提供了 ESP 本地控制组件,可以通过 ``Wi-Fi + HTTP````BLE`` 安全地控制 ESP 设备。
关于该功能的更多详情,请参阅 :doc:`../api-reference/protocols/esp_local_ctrl`
安全策略
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ESP-IDF GitHub 代码库内含 `安全政策介绍`_
公告
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- 乐鑫会发布重要 `安全公告`_ ,包括硬件和软件相关公告。
- ESP-IDF 软件组件的相关安全公告会发布在 `GitHub 仓库`_
软件更新
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ESP-IDF 会及时处理针对组件和第三方库的相关报告,并修复关键安全问题。修复内容会逐步同步到 ESP-IDF 的所有适用版本分支中。
ESP-IDF 的发布说明将涵盖各 ESP-IDF 组件和第三方库的相应安全问题和 CVE 编号。
.. important::
为获取所有关键安全修复,建议定期更新到 ESP-IDF 的最新 Bugfix 版本。
.. _`安全政策介绍`: https://github.com/espressif/esp-idf/blob/master/SECURITY.md
.. _`安全公告`: https://www.espressif.com/en/support/documents/advisories
.. _`GitHub 仓库`: https://github.com/espressif/esp-idf/security/advisories