에 Secure Code Warrior , 우리는 항상 우리의 훈련 범위를 확장하고자합니다. 임베디드 개발자와 보안 관리자에게 안전한 임베디드 시스템을 구축할 수 있도록 임베디드 시스템 보안의 세계를 활용하고 있습니다. 이 게시물에서는 개발자와 건축가가 보안 임베디드 시스템 구축에 대해 알아야 할 주요 사항을 공유합니다. 

임베디드 장치는 자체 마이크로프로세서 기반 하드웨어및 소프트웨어가 있는 독립적인 컴퓨팅 장치입니다. 일반적으로 독립적으로 또는 더 큰 시스템의 일부로 전용 함수를 수행하는 데 사용됩니다.

임베디드 장치 및 시스템은 무엇입니까?

임베디드 장치는 특정 기능을 수행하도록 프로그래밍된 최소한의 하드웨어 및 소프트웨어가 포함된 특수 제작된 컴퓨팅 시스템입니다. 목적에 따라 임베디드 장치의 복잡성이 다를 수 있습니다. 

임베디드 시스템이 복잡한 리소스 집약적 작업을 수행해야 하는 경우 하드웨어는 다양한 상호 연결된 주변 장치와 함께 여러 프로세서로 구성될 수 있습니다. 그러나 간단한 작업을 수행하도록 설계된 경우 단일 마이크로 컨트롤러만 포함할 수 있습니다. 

일부 임베디드 시스템은 사용자 인터페이스가 없는 블랙박스이며 다른 시스템은 그래픽사용자 인터페이스를 상세할 수 있습니다.

임베디드 장치의 예

임베디드 장치는 여러 산업에서 응용 프로그램을 찾습니다. 항공 우주에서 컴퓨팅, 가전 제품에서 의료에 이르기까지. 다음은 몇 가지 예입니다.

• 에어컨 내의 온도 조절장치. 
• 작은 운영 체제를 실행하는 작은 전기 구성 요소와 피트니스 추적기, 그 기록 및 건강 통계를 동기화보다 더 아무것도 할 수 없습니다.
• 디지털 온도 조절 시스템.
• 비행기 내 내의 네비게이션 시스템.
• 디지털 시계.
• GPS 장치.
• 전자 레인지 및 기타 가전 제품 내에서 Wi-Fi 구성 요소.
• 혈압과 심장 박동 모니터.
• 데이터를 클라우드로 보내는 MRI 컴퓨터 내의 네트워킹 구성 요소입니다.

랩톱이 내장된 장치입니까?

짧은 대답: 아니요. 긴 대답 :

정의에 따라 임베디드 장치는 기능을 수행하는 데 필요한 모든 소프트웨어와 하드웨어를 캡슐화합니다. 노트북은 실제로 금속 본체의 다양한 하드웨어 구성 요소를 감싸고 기능 세트를 제공하는 데 필요한 모든 소프트웨어를 포괄합니다.

그러나 미리 정의된 최소한의 기능 집합이 있는 일반적인 임베디드 시스템과 달리 랩톱은 보다 일반적인 용도이며 다양한 활동을 수행하는 데 사용할 수 있습니다.

사물 인터넷에 내장된 장치

임베디드 시스템은 IoT의 핵심입니다. 내장된 장치로 인해 스마트 냉장고는 모바일 장치를 통해 제어할 수 있습니다. 보안 시스템에 내장된 장치로 천 마일 떨어진 곳에서 CCTV 영상을 볼 수 있습니다. 그리고 버튼을 눌러 자동차를 자동 조종 장치, 비하인드 스토리에 넣으면 모든 마법을 수행하는 임베디드 장치입니다.

임베디드 소프트웨어 개발 수명 주기

다음 단계는 임베디드 장치의 일반적인 소프트웨어 개발 수명 주기에 있습니다.

1단계: 목적 및 요구 사항

임베디드 장치에는 뚜렷하고 정확한 피쳐 세트가 있습니다. 따라서 개발을 시작하기 전에 목적과 요구 사항을 명시적으로 명시하는 것이 매우 중요합니다. 시스템에 대한 자세한 디자인 문서를 만드는 것이 좋습니다. 다음과 같은 질문에 답하십시오.

• 장치는 어떤 기능을 수행합니까?
• 그것은 다른 기계의 일부가 될 것인가, 아니면 자체적으로 작동합니까?
• 장치에 사용자 인터페이스가 있어야 합니까? 그렇다면 명령줄에 충분합니까, 아니면 그래픽 UI가 필요합니까?
• 장치가 준수해야 하는 크기, 비용 또는 전력 소비 제한은 무엇입니까?
• 성능 벤치마크가 있습니까? 예를 들어 장치가 실시간으로 또는 특정 임계값 내에서 응답할 것으로 예상됩니다.

2단계: 시스템 아키텍처

고유한 시스템 요구 사항을 확인하면 시스템 아키텍처를 설계할 준비가 되었습니다. 다음과 같은 질문에 답하십시오.

• 장치를 개발하는 데 필요한 하드웨어 구성 요소는 무엇입니까? 여기에는 회로, 프로세서 칩 및 마이크로 컨트롤러와 필요한 내부 및 외부 주변 장치를 식별하는 것이 포함됩니다. 
• 구성 요소에 필요한 전력의 양은 무엇입니까? 
• 장치가 인터넷에 연결되어 있습니까?
• 장치가 다른 장치 또는 더 큰 컴퓨터에 연결할 수 있도록 추가/개발해야 하는 인터페이스는 무엇입니까?
• 암호화를 어떻게 구현하시겠습니까? (알고리즘, 키 스토리지 등을 생각)
• 잠재적인 취약점, 악용 및 맬웨어를 어떻게 식별하고 방지할 수 있습니까?

3단계: 운영체제 선택

운영 체제의 선택은 종종 임베디드 응용 프로그램의 효능을 지시, 그래서 현명하게 선택. IoT용 Windows는 그래픽에서 높은 점수를 받을 수 있지만 하드웨어 지원이 부족합니다. 임베디드 리눅스와 안드로이드는 무료입니다, 반면 VxWorks와 IoT에 대한 윈도우는 라이센스 비용이 있습니다. 

리눅스와 안드로이드와 같은 오픈 소스 시스템을 사용하면 개발자가 커널을 더 많이 제어 할 수 있습니다. 그러나 독점 시스템을 사용하면 커널의 기본 기능 집합은 작업할 수 있는 모든 것입니다. 

운영 체제를 선택하는 동안 보안에 미치는 영향을 고려하는 것도 중요합니다. 취약점이 발견될 경우 보안 패치가 신속하게 릴리스되나요? 가장 일반적인 사이버 보안 공격에 대한 기본 제공 보호가 있습니까?

4단계: 개발 도구

다양한 프로그래밍 언어와 프레임워크에는 다양한 장단점이 있습니다. 기능, 속도 및 안정성 요구 사항에 따라 다른 언어/프레임워크를 선택할 수 있습니다. 

응용 프로그램이 웹 기반이고 고성능을 원한다면 Java로 이동하십시오.
그러나 가장 빠른 처리량을 원하는 경우 C/C++로 이동합니다. 최고의 타사 라이브러리 지원을 원한다면 Python으로 이동하십시오.

5단계: 코드, 리팩터링, 테스트, 코드 좀 더

개발 플랫폼을 결정하면 코딩을 시작할 준비가 되었습니다. 임베디드 시스템은 하드웨어 및 소프트웨어 리소스가 제한된 중요한 장치라는 점을 기억하십시오. 따라서 응용 프로그램 보안 및 성능에 관한 모범 사례를 염두에 두는 것이 중요합니다.

코드 검토는 코드를 최적화하고 잠재적인 버그를 식별하는 데 도움이 됩니다. 또한 가능한 한 엄격하게 테스트해야 합니다. 프로덕션 환경에서 사용할 때 장치가 발생할 수 있는 모든 테스트 사례에 대한 전체 목록을 컴파일해야 합니다.

6단계: 유지보수 및 지원

다른 응용 프로그램/장치와 마찬가지로 임베디드 장치가 배송되고 설치되면 수명 주기가 끝나지 않습니다. 장치가 프로덕션에 사용되면 새 사용 사례가 식별되어 새로운 기능을 추가해야 합니다. 보고된 버그에 새 펌웨어 업데이트를 릴리스해야 할 수도 있습니다.

최고 임베디드 프로그래밍 언어

IEEE 및 TIOBE와 같은 많은 평판 좋은 조직이 있으며, 프로그래밍 언어를 인기와 사용으로 순위를 매깁니다. 그러나 TIOBE 인덱스또는 IEEE 스펙트럼을확인하든 관계없이 공통의 테마를 알 수 있습니다.

상위 3개 언어는 항상 C, 파이썬 및 자바입니다. 2021년 7월 TIOBE 지수는 #1, 자바는 #2, 파이썬지수가 #3 순위에 올랐습니다. 내장 된 프로그래밍 언어에 대한 IEEE 스펙트럼의 순위에 따르면, 순서는 다음과 입니다 : 파이썬, 자바, 다음 C.

Java, C 또는 파이썬에 작성된 펌웨어는 어떻게 다른가요?

다양한 언어가 메모리, OS와의 상호 작용 및 런타임을 다양한 방식으로 관리합니다. 예를 들어 Java 응용 프로그램은 Java 가상 머신 또는 JVM이라는 특수 런타임 환경에서 실행됩니다. 

C/C++내의 메모리 관리는 수동이지만 Java 또는 Python에서는 메모리를 직접 관리하는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 언어는 당신을 위해 그것을 않습니다. 게다가 C에서 쓰레기를 직접 수거해야 한다는 것입니다. 즉, 메모리 를 동적으로 할당하는 경우 명시적으로 메모리를 직접 해제해야 합니다. 그렇지 않으면 메모리 가 새어나갑니다. Java 또는 파이썬에서 가비지 수집이 자동으로 수행됩니다. 그러나 C는 본질적으로 Java 또는 Python보다 훨씬 빠릅니다.

C와 Java(특히 C)가 파이썬과 비교할 때 부족한 한 가지는 타사 라이브러리의 가용성입니다. Python에는 라이브러리데이터베이스가 풍부하므로 개발자가 특정 기능을 훨씬 쉽게 추가할 수 있습니다.

전반적으로 다음과 같은 경우 C를 선택합니다.

• 운영 체제 및 하드웨어와 낮은 수준의 인터페이스를 원합니다.
• 최상의 성능을 원합니다.
• 개발자는 C/C++에서 숙련되어 있습니다.
• 너무 많은 외부/타사 지원이 필요하지 않습니다.

다음과 같은 경우 파이썬으로 이동하십시오.

• 데이터 과학 또는 기계 학습 알고리즘을 구현하려고 합니다.
• 당신은 풍부한 타사 라이브러리 지원을 원한다.
• 당신은 사용의 용이성을 위한 거래 오프 속도괜찮습니다.
• 임베디드 개발에 대한 경험이 제한되어 있습니다.
• OS 또는 하드웨어와 낮은 수준의 인터페이스가 필요하지 않습니다.

다음과 같은 경우 Java로 이동하십시오.

• 웹 응용 프로그램을 빌드하는 것입니다.
• C보다 개발이 용이하지만 파이썬보다 더 많은 성능을 원합니다.
• 너무 많은 외부/타사 지원이 필요하지 않습니다.

C는 서서히 임베디드 개발을 위한 최고의 선택이 되는 것을 중단할 것인가?

높은 수준의 언어를 사용하면 C에서 피할 수 없는 복잡성을 추상화하여 코딩을 더 쉽게 할 수 있습니다. 그러나 수십 년 동안, 공상 언어와 프레임 워크의 출시에도 불구하고, C는 임베디드 개발에서 최고의 선택 남아있다. 

이는 그것이 제공하는 속도, 성능 및 신뢰성이 여전히 타의 추종을 불허하기 때문입니다. 파이썬과 자바 생태계의 많은 부분(런타임, 언어 및 컴파일러 포함)이 C로 작성되어 언어의 효율성과 내구성에 대한 볼륨을 말합니다.

즉, C는 파이썬과 같은 언어의 단순을 선호하는 새로운 개발자를 위해 배우기가 명백히 어렵습니다. 이것은 C 개발자 커뮤니티의 크기에 눈에 띄는 감소를 만드는. AI 및 ML 애플리케이션의 개발이 증가함에 따라 사람들이 더 큰 라이브러리 지원을 제공하기 때문에 C보다 파이썬을 선택하게 됩니다.

파이썬이 최근에 는 최고 임베디드 프로그래밍 언어 논쟁의 일부가 되었다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 예, 그 채택은 앞으로 도래 하는 년에 계속 상승 할 수 있습니다., 하지만 우리는 C 이제까지 임베디드 개발에 대 한 최고의 선택 되 고 중지 기대 하지 않습니다.

C/C++에서 보안 코딩이 중요한 이유

C/C++로 코드를 작성하는 동안 많은 문제가 될 수 있습니다. 더 이상 유효한 데이터를 가리키지 않는 메모리 주소에 액세스하거나 스레드 간에 데이터를 잘못 공유하면 전체 응용 프로그램이 충돌할 수 있습니다. 

임베디드 장치의 경우 내부의 충돌로 인해 훨씬 더 큰 기계가 작동을 멈출 수 있으므로 이러한 의미가 훨씬 더 중요합니다. 예를 들어 차량의 자동 파일럿 모듈이 종료되면 차량이 더 이상 장애물을 피할 수 없습니다.

다음은 C/C++ 응용 프로그램의 보안 코딩이 중요한 이유입니다.

• 안전하지 않은 메모리 처리(null 포인터, 메모리 손상, 스택 오버플로, 버퍼 및 힙 오버플로)로 인해 전체 응용 프로그램이 충돌합니다.
• 포인터는 C 및 C++의 일부 및 소포입니다. 이를 처리하려면 기본 개념에 대한 최대한의 주의와 심층지식이 필요합니다.
• 가비지 수집은 수동입니다. 따라서 프로그래머는 동적으로 할당된 메모리를 명시적으로 삭제해야 합니다. 메모리가 없거나 잘못 해제되어 메모리가 누출또는 손상될 수 있습니다.
• 고급 데이터 구조(예: 해시 테이블, 세트 등)에 대한 표준화된 API가 부족하여 개발자가 휠을 재창조하도록 합니다.

개발자가 C/C++ 응용 프로그램에 대한 보안 코딩 교육을 받는 것이 절대적으로 중요합니다. Secure Code Warrior 개인화된 제공 learning platform 대화형 과제로, courses 개발자가 안전한 C/C++ 코드를 작성할 수 있는 평가입니다. 여기서 우리는 일반적인 개념 교육에 대한 조정뿐만 아니라 언어 : 프레임 워크 특정 콘텐츠에 대해 이야기하고 있습니다.

자동차 및 운송 산업을 어떻게 돕는지확인하십시오. 또는 개발자가 안전한 임베디드 응용 프로그램을 작성할 수 있도록 지원하는 방법을 경험하기 위해 오늘 임베드 포커스 코딩 챌린지를 시도해 보십시오! ‍