ハードウェアからアプリケーションまで：IoTセキュリティのレイヤー別ブループリント

著者：ウォウター・ファン・デル・ベーク

今日の接続世界において、IoTセキュリティはもはやオプションではなく、規制上の義務です。最近の法規制は、デバイスに「合理的なセキュリティ機能」の組み込みを要求しており、デバイスを保護するコストは、露出させるリスクをはるかに上回ることを強調しています。

セキュリティはレイヤーで設計されます。基盤はハードウェアから始まり、ネットワーク、そしてアプリケーションへと続きます。本記事では、低コスト・低エネルギー・メッシュベースのIPネットワークであるThreadネットワーク層と、デバイス相互作用を統制するOCFアプリケーション層に焦点を当てます。

ハードウェアセキュリティ

制約のあるマイクロコントローラーは、悪意のあるファームウェアとハードウェアスヌーピングから守らなければなりません。セキュアハードウェアは、検証済みブートシーケンスを強制し、ファームウェアに署名し、メモリと周辺アクセスを分離します。信頼できる、明確に定義されたAPIのみがクリティカルなコードに到達できるため、攻撃面を最小化し、上位層セキュリティの堅牢な基盤を作ります。

ネットワークセキュリティ

Threadは、ネットワーク全体のAES-CCMキーでデータを保護します。各パケットは認証タグを受け取り、暗号化されることで、完全性、機密性、正当性を保証します。キーはカウンターベースの導出で定期的に更新され、侵害を防ぎます。

新しいデバイスが参加する際、ネットワークキーを安全に取得する必要があります。このプロセスはコミッショニングと呼ばれます。ThreadはDTLSの一部であるPAKE（Password-Authenticated Key Exchange）を使用し、低強度の共有秘密を強力なキーに変換します。これにより、Threadコミッショナー（例：スマートフォン）が、暗号化チャネルを通じて参加デバイスにネットワークキーを送信できます。

アプリケーションセキュリティ

アプリケーションレベルでは、Open Connectivity Foundation（OCF）が包括的な所有権移転とデバイスプロビジョニングフローを提供します。OCFはデバイス証明書を発行し、セキュアなデータベースを維持し、PKIインフラストラクチャを介した相互認証を可能にします。

プロビジョニング指示はDTLS暗号化チャネルを通じて配信されます。ワークフローは所有権移転から始まり、状態遷移を経て、ハードウェアリセットを要求して初期状態に戻ることで所有権変更に対応します。

OCFはまた、役割ベースのアクセス制御とメーカー使用記述子を提供し、ネットワークレベルの脅威に対する追加の保護を追加します。

制約ハードウェアへのOCF-over-Thread実装

低コストマイクロコントローラー上でOCF over Threadを展開することは、限られたコードスペース、メモリ、CPUリソースのために困難です。解決策はコードの再利用にあります。OCFとThreadの両方がDTLSに依存しているため、単一の暗号コア（mbedTLS）を両スタックで共有します。

暗号プリミティブはハードウェアアクセラレーションの恩恵を受け、コミッショニング時間と消費電力を大幅に削減します。mbedTLSを介してこのハードウェアへのアクセスを管理することは、パフォーマンスとセキュリティの両方にとって重要です。

OCFとThreadの両グループがオープンソース実装を公開しており、曖昧さを排除し、開発者の相互運用性を保証しています。

アプリケーション、ネットワーク、ハードウェアの各層が緊密に統合されるとき、その結果は今すぐ展開可能なベストインクラスのセキュアIoTプラットフォームとなります。

著者：ウォウター・ファン・デル・ベーク、シニアIoTアーキテクト、シスコシステムズおよびテクニカルワーキンググループチェア、Open Connectivity Foundation；ブルーノ・ジョンソン、CEO、Cascoda、Open Connectivity Foundationメンバー