一个没做安全防护的IoT设备，被客户骂了一下午

"喂，你们那设备上电之后随便拿个串口工具就能读固件？"

客户这句话是下午三点发过来的。当时我正在调试另一块板子，看了一眼消息，心想不至于吧。结果试了一下——好家伙，Reset拉低、BOOT0拉高、上电，OpenOCD连上去二话不说就把整个flash读出来了。客户说得客气，但意思很明确：你们这东西跟裸奔没区别。

说实话之前不是没想过安全问题。但像大多数做单片机开发的团队一样，总觉得"我们这玩意儿又不连公网"、"谁会闲得蛋疼来读你这破固件"——直到这东西真的被客户部署到别人家的机房里，你才发现：信任边界一旦超出你控制的范围，一切假设都不成立。

secure boot 这东西，很多低端MCU压根不支持。但如果你用的芯片好歹有个OTP区域或者efuse，那就能做点文章。拿STM32举例子，它的RDP（Read Protection）等级分三级：

• Level 0：无保护，你随便读
• Level 1：禁止调试接口读flash，但SRAM还能访问，可以通过SRAM里的代码间接读flash
• Level 2：彻底锁死，调试接口永久失效，不可逆

我当时第一个反应是直接上Level 2。但一查手册——Level 2一旦设置，连你自己都没办法通过调试器更新固件了，只能走ISP或者OTA。如果bootloader崩了，这板子就只能当砖头扔了。Level 2这玩意儿就是个回不了头的选择。

后来折中了一下，选了Level 1 + 自定义校验。Level 1意味着SWD/JTAG直接读flash读不出来，但还是要防SRAM攻击。STM32有一个叫RDP Regression的功能——如果你设置了Level 1，然后又想降级回Level 0，芯片会自动擦除整个flash。这是个好机制。

但问题在于：光靠硬件读保护还不够。

/* 设置RDP Level 1的代码，很简短 */ HAL_FLASH_OB_Unlock(); FLASH_OBProgramInitTypeDef ob = {0}; ob.OptionType = OPTIONBYTE_RDP; ob.RDPLevel = OB_RDP_LEVEL_1; HAL_FLASHEx_OBProgram(&ob); HAL_FLASH_OB_Launch();

这段代码跑完，重新上电，读保护就生效了。但你知道我踩了什么坑吗？它只保护了flash的静态数据。如果攻击者把你板子上的flash芯片（如果是外部spi flash）直接拆下来用编程器读呢？如果你用的是外部QSPI Flash存代码呢？那就不是RDP能管的事了。

去年有个项目用了W25Q64做代码存储，结果生产的时候发现烧录效率太低，就把flash座子喷了——结果客户现场，维修工直接把座子上的flash拆下来，插到自己的烧录器上读走了固件。物理访问 = 完全控制，这个基本假设你得接受。

所以后来做了这么几件事：

第一，bootloader里加了一层签名验证。在固件bin文件的末尾附上RSA签名，bootloader启动时用公钥验签。公钥放在芯片内部flash的OTP区域，改不了。这样就算固件被读走了，它也没法篡改后刷回去。

/* bootloader验签简化版 */ bool verify_firmware(const uint8_t *fw, uint32_t len) { /* 假设fw的最后256字节是RSA-2048签名 */ uint32_t sig_len = 256; const uint8_t *signature = fw + len - sig_len; uint8_t hash[32]; mbedtls_sha256(fw, len - sig_len, hash, 0); return mbedtls_rsa_pkcs1_verify( &public_key, MBEDTLS_MD_SHA256, hash, signature) == 0; }

别笑，就这一行验签函数，省了后面多少破事。

第二，外部flash的数据做了AES加密。密钥存在MCU内部的OTP里，bootloader启动时用内部flash的OTP key解密外部flash的代码。这样就算别人拆了flash芯片，拿到的也是密文，根本用不了。

/* AES解密外部flash内容到内部SRAM */ void decrypt_firmware(uint32_t ext_addr, uint32_t *dest, uint32_t size) { uint8_t key[32]; read_otp_key(key); /* 从OTP读密钥 */ mbedtls_aes_context aes; mbedtls_aes_setkey_dec(&aes, key, 256); uint8_t iv[16] = {0}; /* 注意这里的iv不能全0，生产环境下要从eFuse/UID派生 */ for (uint32_t i = 0; i < size; i += 16) { uint8_t buf[16]; /* 从外部flash读 */ spi_flash_read(ext_addr + i, buf, 16); mbedtls_aes_crypt_cbc(&aes, MBEDTLS_AES_DECRYPT, 16, iv, buf, dest + i/4); } }

当然AES-CBC模式有个问题：如果攻击者能多次上电，观察不同iv下的解密行为，理论上可以进行padding oracle attack。虽然对嵌入式场景来说攻击成本很高，但如果你的产品要过FIPS或者等保测评，建议换成GCM或者CTR。

第三，加了一道防篡改检测，虽然不是软件层面的——在PCB上埋了几条细走线，一旦外壳被打开，走线被切断，立即触发DMAC（死亡中断），调用RTC backup register里存的标志位，下次启动直接进recovery模式。硬件层级的防护比软件更不好绕过。

那OTA升级的安全性呢？

一旦开启了OTA，攻击面就从一个物理接触口扩大到了网络。最开始我图省事，OTA固件包直接用明文传。直到有次做渗透测试，对方通过抓包拿到了固件镜像，逆向分析找到了里面硬编码的阿里云key……那个云账号下的所有设备数据全等于白送。

那一版之后，OTA包至少要做：签名（防篡改）+ 加密（防窥探）+ 版本号校验（防降级攻击）。缺一个都不行。

OTA包的格式大概是这样的：

| 固件头 (64B) | 固件数据 (加密) | RSA签名 (256B) | |- magic: 4B | | | |- version: 4B | | | |- length: 4B | | | |- iv: 16B | | | |- reserved | | |

bootloader收到OTA包后，先验签名，确认版本不低于当前运行的版本（防止rollback attack），然后解密写入flash。

说到防降级攻击，我见过一个真实案例：某厂商的智能门锁，攻击者拿到了旧版本的固件包（旧版本有个硬编码的管理员口令），然后模拟服务器伪装成OTA下发，把门锁降级到了那个版本，直接拿管理员权限开门。所以版本号校验是硬性要求，而且版本号要跟签名一起验证，不能被篡改。

最后说一句：安全这种事，没有银弹。你加了读保护、上了签名验证、做了加密存储——还是会有人拿探针去刮开芯片封装，用FIB（聚焦离子束）修改变压器电路来绕过OTP熔丝。但问题是，你的攻击者愿意花多少钱来搞你？

对于大部分IoT设备来说，把防护成本做到比你的产品售价高，就已经赢了。几千块钱买回来的设备，攻击者不太可能花几万美金去做芯片级逆向。除非你的设备控制的是核电站阀门或者几百万人的支付数据——那另当别论。

对了，后来我跟客户说已经加了读保护和签名验证。他没回消息。第二天他发了一张照片过来——一台用钢锯锯开的设备壳子，旁边丢着个逻辑分析仪。底下配文："这个怎么防？"