嵌入式IoMT設備的安全設計

深入探討美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）關于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)（IoMT）的醫(yī)療及保健指南。

醫(yī)療行業(yè)對連接設備的日益依賴使其易受網(wǎng)絡攻擊，排名僅次于小型企業(yè)。為了防止?jié)撛诘臑碾y，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已經(jīng)制定了可供醫(yī)療設備制造商遵循的嵌入式設備安全實現(xiàn)指南。這份指南涵蓋了設計、開發(fā)、產(chǎn)品發(fā)布、售后支持和停產(chǎn)等各個階段。盡管FDA指南中的信息對于設計人員來說是必讀的，但它通常以高層級角度編寫，最常見的是闡述應當實現(xiàn)哪些功能，而沒有說明如何實現(xiàn)。為了幫助醫(yī)療設備設計人員深入研究，本文提供了一些缺失的細節(jié)。

自2014年以來，F(xiàn)DA一直在發(fā)布關于醫(yī)療行業(yè)網(wǎng)絡安全的建議，每一項都在更新之前的要求以應對快速演變的威脅態(tài)勢。最新指南包含在2022年4月發(fā)布的“醫(yī)療設備中的網(wǎng)絡安全：質(zhì)量體系考慮因素和售前提交內(nèi)容：行業(yè)和食品藥品監(jiān)督管理局員工的草案指南”中。它主要有三個部分：

一般原則：

如何以及為什么網(wǎng)絡安全應該是設備安全、質(zhì)量體系規(guī)定的一部分，如何為安全進行設計，為什么提供透明度至關重要，以及提交文檔。

安全產(chǎn)品開發(fā)框架：

如何使用威脅模型和包含安全控制、全局系統(tǒng)和多模式傷害視圖的安全架構來管理和評估安全風險，以及更新和補丁的需要。這部分還提供了關于網(wǎng)絡安全測試的詳細信息。

網(wǎng)絡安全透明度：

通過貼標簽和建立漏洞管理計劃來傳達，它承認用戶具有不同的緩解能力，并且解決方案應適合每一個人。

不過，對于嵌入式系統(tǒng)設計人員來說，最有用的信息在最后的附錄1中，包括關于身份驗證、授權、加密技術、執(zhí)行完整性、事件檢測、記錄彈性、固件和軟件更新的信息。

有必要單獨涵蓋每個主題，以填補FDA廣泛指南中缺失的細節(jié)。

首先，身份驗證對于安全模型而言必不可少。公鑰/私鑰對和關聯(lián)的證書鏈將醫(yī)療設備連接到網(wǎng)絡。需要將私鑰與可能包含漏洞并使密鑰容易獲取的設備固件隔離。FDA建議將加密密鑰置于類似于Microchip的CryptoAuthentication?安全IC的防篡改安全密鑰存儲中。

必須通過信任彼此的設備和云來驗證到云服務器的連接。雖然可以對每個會話都進行驗證，但這可能會在電池供電的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備中消耗大量電能。硬件加密加速器和安全密鑰存儲的組合顯著緩解了這個問題，因為它可在休眠模式下保持納安級的極低電流。

用戶身份驗證允許管理員、技術人員和其他人員進行特權設備訪問，這引入了密鑰認證的概念。這類用例是通過預定義的CryptoAuthentication集成電路（IC）配置利用Trust Platform Design Suite（TPDS）開發(fā)工具提供的。

信息真實性對于在嵌入式系統(tǒng)中為消息簽名并驗證其可信度必不可少。雖然密碼認證IC本質(zhì)上處理加密或未加密的消息驗證，但也可以使用采用對稱的相關加密加速器的消息驗證代碼（MAC）。

授權是FDA指南的另一個重要貢獻，因為它建立了最小特權原則，即在可信執(zhí)行區(qū)和應用區(qū)之間設置權限和許可來管理關鍵代碼。每個模塊只能訪問實現(xiàn)其目的所需的信息和資源。

加密技術顯然是確保安全的另一個關鍵因素。FDA明智地建議使用標準加密算法，因為在大量社區(qū)用戶輸入的幫助下，公共組織不斷對它們進行測試和更新。加密密鑰將驗證數(shù)據(jù)的完整性，但不會驗證有效性，因此設計人員必須驗證所有來自外部源的數(shù)據(jù)是否結構良好并符合相應的規(guī)范或協(xié)議。

機密性與身份驗證和授權有關，如果加密密鑰在硬件中未被保密，則可能發(fā)生未經(jīng)授權的使用。制造商應確保對所有可能被黑客利用，從而對患者造成傷害的數(shù)據(jù)的機密性提供支持。在處理和存儲用于身份驗證的加密密鑰時，必須確保機密性，因為披露可能導致對設備功能的未經(jīng)授權使用或濫用。

FDA文件提供了正確實現(xiàn)授權和身份驗證方案的信息，這些方案通常會確保機密性。不過，設計人員應當在威脅建模期間評估是否為這種情況，并對系統(tǒng)進行必要的更改以確保采取適當?shù)目刂拼胧?/p>

此外，F(xiàn)DA還說明了事件檢測和記錄，同時建議將它們存儲下來以供取證發(fā)現(xiàn)使用。這涉及保留和恢復可信的默認設備配置，設計人員必須確定如何使用安全密鑰存儲來實現(xiàn)這一點。

可以合理地假設，現(xiàn)在所有物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備都允許進行無線（OTA）固件和軟件更新，但事實是許多這樣的設備沒有這種能力。沒有適當?shù)墓碳?，便無法快速部署系統(tǒng)更新來應對最新的威脅。代碼更新也應符合已建立的用戶權限，因為擁有公鑰的人員可以控制OTA更新并注入有害代碼。

幸運的是，CryptoAuthentication IC讓這個過程變得既簡單又自動化，并且可以確保更新得到執(zhí)行。單個CryptoAuthentication IC可以安全地存儲FDA提到的大部分（如果不是全部）用例的加密密鑰。

總結

對于醫(yī)療設備制造商而言，F(xiàn)DA的最新指南涵蓋的范圍十分全面，目的是推動醫(yī)療系統(tǒng)網(wǎng)絡安全領域的發(fā)展。這些指南以可納入立法的形式編寫，而不是作為嵌入式系統(tǒng)設計人員的“操作指南”，這就是為什么基準級別的討論只包含在附錄中。

Microchip花費多年時間開發(fā)出一套安全設備和工具的可信生態(tài)系統(tǒng)，在開始開發(fā)將包含在下一代醫(yī)療產(chǎn)品中的系統(tǒng)之前，它是一個很好的起點。