微控制器安全机制：工业控制中的关键防护策略

微控制器在工业控制中的核心地位

微控制器（Microcontroller Unit, MCU）作为工业自动化系统的核心组件，广泛应用于智能仪表、PLC（可编程逻辑控制器）、电机驱动和传感器节点等场景。其高集成度、低功耗和实时处理能力使其成为现代工业控制系统不可或缺的一部分。

安全威胁日益严峻

随着工业物联网（IIoT）的快速发展，微控制器暴露在更多网络攻击风险中。常见的安全威胁包括：
• 固件篡改与恶意代码注入
• 侧信道攻击（如功耗分析、电磁泄漏）
• 越权访问与权限提升漏洞
• 物理拆解与芯片逆向工程

构建多层级安全机制

为应对上述威胁，现代工业控制微控制器普遍采用多层次安全架构：

• 硬件级安全：内置加密协处理器（如AES、RSA引擎）、安全启动（Secure Boot）、可信执行环境（TEE）和物理防篡改设计（如封装检测电路）。
• 固件安全：使用数字签名验证启动镜像，防止未授权固件加载；支持OTA安全升级，确保更新过程加密且完整性校验。
• 运行时保护：内存隔离机制（如MMU/MPU）、堆栈保护、异常检测与自动恢复功能。
• 密钥管理：采用安全存储单元（如OTP、eFUSE、HSM）存放加密密钥，避免明文泄露。

典型应用案例

以某高端伺服驱动器为例，其采用ARM Cortex-M33内核搭配TrustZone技术，实现主控与安全区分离。在上电时，通过硬件信任根验证第一阶段引导程序，再逐步加载受信任的应用程序，有效防范恶意固件入侵。