FOTA升级包安全防护
时间：2020-10-30 15:11:58 来源：达达文档网 本文已影响 人 
丁魏
摘要：本文结合实际的项目情况，从升级包安全角度出发，探索了智能设备在进行FOTA升级的过程中，需要对升级包做哪些方面的防护，有时如何使用各种加解密技术达到安全防护效果的。
[关键词]FOTA安全 升级包安全 文件验签 文件加密
1 安全需求
身份认证：认证升级包是从真正的服务器上下发下来的，并确保下载下来的文件为客户经过认证并签发的升级包。同时智能设备必须验证服务器的真实性。
信息机密性：升级包为智能设备厂商的核心资产，因此我们需保障升级包在网络上传输过程中不被窃取，窜改;保障即使该升级包落入恶意攻击者手中，也无法通过逆向工程，反编译等手段破解程序包中的核心程序及重要的软件资产信息。
数据防篡改：在进行FOTA升级的时候，必须保障每个字节的正确性，否则就会导致升级失败。所以在进行软件更新时，必须保证系统更新包是从真实的FOTA服务器下载下来的并没有被篡改。
数据完整性：一个不完成的升级包是无法进行FOTA升级的。因此我们在升级包到达智能设备之后，都要进行反复的进行完整性校验，确保升级包的完整性。
2 技术说明
在升级包防护措施实施中，我们会用到各种加密算法。为了更能理解后面做的防护措施，我们把一些主要使用到的技术及其特点列举如下：
HASH：中文名为哈希，该算法可以把任意长度的输入，通过散列算法变成固定长度的消息摘要函数，相当于信息指纹。常用的HASH算法包括MD5、SHA256等。在这我们使用文件的HASH值来判断文件完整性以及是否被篡改。
AES：常用的的对称加密算法，有速度快，简单等特点。主要分为AES128，AES192，AES256三种算法。从安全性来看，AES256安全性最高，从性能来看，AES128性能最高。在这我们使用该算法对升级包进行加密处理，加密之后能够保障升级包的隐私性。
RAS：常用非对称加密算法，公开密钥密码体制，使用了不同的加密密钥与解密密钥对。其中一个称为公钥，一个称为私钥。在这我们使用私钥对升级包的HASH值进行签名，使用私钥对升级包的HASH进行验签。
HTTPS：HTTPS为HTTP协议，上添加了SSL安全证书，用于安全的数据传输和身份验证。在这我们使用HTTPS技术下发升级包，保障升级包传输过程的安全和下载来源的可靠性。
KMS：秘钥管理服务器，提供秘钥的分发，秘钥管理，公私钥对的生成等功能。
3 架构设计
如图1所示。
根据实际安全需求以及项目详情，构思了一套完成的升级包防护方案，该方案能有效的对升级包的身份认证，保障升级包的信息机密性，数据完整性，隐私性等要求。以下结合具体的流程步骤，阐述升级过程具体的防护措施。
流程步骤：
步骤1：计算获取原始升级包的HASH值，使用该HASH值作为参数去获取升级包加密需要的加密因子。文件的HASH值可以认为是文件的指纹，使用它作为获取加密因子的参数，能达到不同文件得到不同加密因子的效果。
步驟2：使用获取到的加密因子和AES256算法对文件进行加密处理，得到加密后的升级包。
步骤3：获取加密包的HASH值，把它作为对升级包签名的内容。
步骤4：获取对称加解密的秘钥对，用来做文件签名使用。
步骤5：使用获取到的秘钥对中的私钥，采用RSA加密算法对加密包的HASH值进行签名，签名后生成了一段字符串，此段字符串即为数字签名的凭证。对升级包进行签名之后，只有使用公钥进行才能验签通过，从而达到身份认证的功能。
步骤6：把签名好的字符串和签名秘钥对中的公钥拼接在升级包后面，作为升级包的一部分，下发到智能设备中。
步骤7：使用HTTPS加密通道，下发升级包，采用TLS1.2加密协议，保障升级包来源的可靠性，以及升级包在传输过程中不被监听和截取。
步骤8：升级包下载到智能终端之后，程序根据预先约定的规则对升级包进行拆解。拆解后为加密包、验签公钥及签名字符串三块。
步骤9：使用智能设备预置的根证书对拆分好的公钥进行认证，认证通过说明该公钥为合法的公钥。
步骤10：使用认证过的公钥对签名字符串进行验签，验签过程也就是对签名字符串进行解密的过程，解密后和加密升级包的HASH值进行比较，如果一致，则代表验签通过。从而达到了认证了升级包来源的可靠性及完整性的效果。
步骤11：验签通过后的升级包还是个加密的升级包，需要对其进行解密之后才能使用。我们再使用升级包的原始HASH值，去获取升级包的解密秘钥，并使用AES256算法对该文件进行解密，解密之后得到的文件即为原始文件。至此，我们可以使用该升级包进行对固件进行后续的升级操作。
4 结论
安全为FOTA升级过程中非常重要的一环，升级包的安全作为整个安全体系中的一部分至关重要。我们既要保障升级包来源的可靠性，安全性，隐密性，同时还需要考虑实际上设备的处理能力。
我们在该实践方案中使用AES256算法保障了升级包的隐私性，使用RSA签名算法认证了升级包的身份，使用文件的HASH验证了文件的完整性，使用HTTPS技术保障了传输过程中的安全。我们从安全需求角度出发，使用了各种加解密算法及安全流程，保障了升级包的安全，可靠，机密，完整等特性。
参考文献
[1]刘杨。基于混沌映射的分组密码研究[D].华东理工大学，2011.
[2]赵剑。基于Android的手机银行系统的设计与实现[D].西安电子科技大学硕士论文，2014.
