物聯網 (IoT) 正在連接智能設備和機器以創建智能工廠（稱為工業 4.0 或工業互聯網）。這些高度自動化、分散的工廠保證了整個生產過程的更高效率和靈活性。同時，他們也因依賴互聯網連接而受到來自網絡空間的攻擊。

單獨的軟件措施通常不能為這些攻擊提供足夠的保護。需要基于硬件的信任錨來有效保護智能工廠。英飛凌 OPTIGA 安全控制器等解決方案為嵌入式系統提供可擴展的安全性，從而保護智能工廠中的機器、數據和知識產權。

智能工廠和互聯供應鏈給許多制造公司帶來了新的安全挑戰。惡意軟件、操縱、破壞、錯誤的固件更新和假冒組件是高級威脅的例子，它們可能導致整個生產線停工，并可能導致巨額成本和形象損失。

公司基礎設施中最微小的安全漏洞都可能導致數據、知識產權 (IP) 和流程專有技術被盜。保護這些敏感信息需要量身定制的解決方案，以提供端到端保護，同時在安全性能要求和財務限制之間取得適當的平衡。制造商需要強大、可靠和可擴展的安全技術來保護高度聯網的基礎設施中的設備和機器之間的通信（圖 1）。

圖 1：制造商需要強大、可靠的安全技術來保護高度聯網的基礎設施中設備和機器之間的通信。

安全身份為智能工廠提供安全解決方案在這種情況下，機器的安全身份為實施任何保護電子交換和數據存儲的措施提供了基礎。正如日常生活中使用身份證或護照來識別人一樣，機器使用安全身份來可靠地識別彼此。但即使是這些以數字方式存儲在機器上的安全 ID 也可能成為攻擊和盜竊的對象。

基于安全芯片的基于硬件的安全解決方案是有效保護機器身份以及數據和通信的最佳方式。與純粹基于軟件的概念相比，安全控制器提供更高級別的安全性，因為讀取和覆蓋軟件相對簡單。

將安全芯片集成到所有關鍵節點有助于防止未經授權訪問生產網絡和智能工廠。安全芯片可實現以下功能：

持續檢查組件真實性以及數據和系統完整性，以防止操縱

驗證軟件更新的真實性

保護遠程訪問活動

對劣質、假冒備件和維修工具的強大保護

芯片解決方案還提供加密功能，例如公鑰加密和密鑰管理。盡管這些功能可以在軟件和硬件中實現，但對于工業應用而言，基于硬件的解決方案（例如專用安全芯片）具有明顯的優勢，可以為制造商增加真正的價值。

英飛凌科技等硅制造商使用高度安全、經過認證的流程來個性化硬件信任錨；即，為每個安全芯片提供安全身份。這通常包括存儲在芯片上的一組密鑰和證書，以允許工業自動化系統中的其他設備安全地驗證遠程設備、建立安全連接并以受保護的方式交換數據。

適當的硬件錨是經過安全認證的組件，還配備了保護它們免受物理攻擊的措施。因此，它們在運輸過程中提供保護。換句話說，硬件錨點保護非常強大，以至于它不需要特殊的安全措施就可以使用具有成本效益的物流渠道進行運輸。這不僅適用于運送安全芯片本身，更重要的是，也適用于運送包含帶有客戶特定密鑰的硬件錨的設備。這些物理保護能力可以降低成本，尤其是在安裝和交付過程中。

智能工廠中基于硬件的安全實施示例相互認證（圖 2）是指兩方相互認證（安全識別）。在智能工廠的背景下，這可能是服務器和機器在啟動安全通信或關鍵遠程維護任務（如調整關鍵參數）之前相互驗證。

在這種情況下，存儲在機器硬件錨中的安全身份由服務器驗證，反之亦然。硬件錨包含密鑰并提供驗證其他方安全身份的功能。它通常使用公鑰基礎設施 (PKI) 方案來執行此操作。

圖 2：通過網絡對機器進行相互身份驗證。

當建立工業自動化系統時，計算和控制組件配備了相關軟件包的特定版本。在此時間點之后，必須保護智能工廠免受軟件的意外更改，因為這可能會中斷生產、威脅工廠安全并導致專有技術被盜。

同時，軟件必須仍然可以有意更新，例如，出于維護目的或更改某些功能。強大的信任錨也支持此用例，例如，通過啟用安全啟動過程（圖 3）。這里的基本概念是代碼只有在硬件錨提前驗證其完整性之后才會執行。

圖 3：安全啟動過程可實現工業環境中計算和控制系統的平臺完整性。

通過使用最先進的微控制器和獨立的安全控制器，例如 OPTIGA 產品系列（圖 4），可以實現基于硬件的信任錨，保護系統軟件免受攻擊。成功保護的關鍵在于使用開放的行業標準，允許跨現有系統和新系統進行無縫連接。

圖 4：OPTIGA 產品系列為廣泛的行業提供可擴展的安全解決方案。

可擴展的專用安全解決方案對于許多制造商來說，保護他們的產品免受假冒是重中之重。憑借 OPTIGA Trust 產品系列，英飛凌提供了一個完整的安全解決方案，包括用于電子配件的芯片和軟件。該芯片基于非對稱加密技術，由于其緊湊的封裝 (2 × 3 mm) 和交鑰匙設置，可輕松集成到電子配件中。為了檢查零件是否為正品，主機系統向附件中的芯片發送一個質詢（本質上是一個隨機數）。OPTIGA Trust B 隨后使用芯片專用密鑰生成響應。如果成功通過芯片認證，則配件或更換部件被系統接受，可以不受限制地使用。

遵循同樣的原則，OPTIGA Trust E 專為保護工業應用中的高價值商品而開發。它具有 I 2 C 接口以及擴展的溫度范圍（–40°C 至 85°C）。這將有利于風力渦輪機制造商，例如，他們希望避免假冒替換零件對整個系統造成損壞。OPTIGA Trust B 和 OPTIGA Trust E 都附帶代碼，以簡化芯片與備件的集成。

OPTIGA Trust X 完善了交鑰匙解決方案組合。該安全解決方案基于通用標準 EAL6+ 認證的硬件，支持經常需要的安全用例，包括支持通過 (D)TLS 進行的安全通信、安全固件更新。此外，OPTIGA Trust X 提供了一個強大的加密工具箱來有效地支持越來越多的物聯網安全規范和協議。

使用可信平臺模塊提供全面保護OPTIGA 可信平臺模塊 (TPM) 產品組合涵蓋了最廣泛的安全要求。這些安全控制器基于 Trusted Computing Group 的國際標準，該組織由 IT 行業的領先制造商組成。TPM 已經在計算機應用中成功地證明了自己，并且這項技術現在正在進入新的網絡系統和設備，例如路由器、工業設施和汽車。

OPTIGA TPM 系列的成員（圖 5）已根據通用標準認證流程進行了驗證和安全認證。為了輕松集成到系統中，OPTIGA TPM 系列支持適用于 Windows 和 Linux 的商業和開源代碼，包括衍生工具和英飛凌工具。OPTIGA TPM 系列包括一系列符合 TPM 2.0 標準的安全控制器，根據應用領域，這些控制器可用于各種溫度范圍，并提供不同的接口，例如 SPI、I 2 C 和 LPC。

圖 5：OPTIGA TPM 的典型用例。

OPTIGA TPMs可用于工業應用的一個領域是安全數據傳輸或存儲。在這種應用中，關鍵因素是安全的基于硬件和基于軟件的安全機制的組合。TPM的使用支持監控和/或保護系統的完整性。該安全控制器還允許可靠的組件識別，這只允許可靠和可信賴的組件相互通信。

對于安全的遠程訪問（例如系統維護或軟件更新），TPM通過設備身份驗證控制對系統的訪問。TPM還為密鑰提供安全存儲，并保護加密操作。對于SSL/TLS協議等典型應用，密鑰存儲在TPM的安全存儲中，而不是主處理器的內存中，并且僅在內部處理，以防范外部安全風險。

與TPM和加密等安全機制相結合，系統代碼也受到保護，防止被操縱。作為一個標準化組件，胎壓監測系統具有豐富的可用驅動程序和軟件棧生態系統，允許客戶通過有限的集成工作輕松集成安全性。

總結安全是工業 4.0 的基石。機器和設備的安全加密識別可保護智能工廠免受操縱和數據盜竊。使用專用安全芯片實現的硬件信任錨為安全密鑰提供了強大的保護，同時降低了設備制造商的整體安全費用。

審核編輯 黃昊宇