Leitfaden für Entwickler zum Testen der Sicherheit eingebetteter Systeme

Erhalten Sie einen Überblick über die drei wesentlichen Arten von Sicherheitstests für eingebettete Systeme, die zum Schutz kritischer Geräte erforderlich sind. Unser Leitfaden bietet Ihnen eine praktische Roadmap für die frühzeitige Implementierung dieser Strategien, um Schwachstellen schneller zu erkennen, die Einhaltung von Vorschriften sicherzustellen und sichere Systeme mit Zuversicht bereitzustellen.

Eingebettete Systeme treiben alles an, von medizinischen Geräten bis hin zu Steuergeräten in Kraftfahrzeugen, weshalb ihre Sicherheit von höchster Bedeutung ist. Da sich Cyberbedrohungen für eingebettete Systeme ständig weiterentwickeln, müssen Entwickler umfassende Sicherheitsteststrategien anwenden, die Schwachstellen während des gesamten Entwicklungszyklus beheben.

Dieser Leitfaden bietet praktische Hinweise zur Implementierung der Absicherung eingebetteter Systeme durch statische Analyse, dynamische Tests und Penetrationstests.

Mehr zu diesem Thema finden Sie in unseren Ressourcen unter Integrationstests kombiniert mit einem nachhaltigen Materialprofil. Lösungen zum Testen eingebetteter Software.

Key Take Away

Eingebettetes Sicherheitstesting kombiniert drei wesentliche Methoden.

1. Die statische Analyse erkennt Schwachstellen auf Codeebene, wie zum Beispiel Pufferüberläufe und fest codierte Anmeldeinformationen.
2. Die dynamische Analyse (Fuzz-Testing) deckt Laufzeit-Schwachstellen auf, indem sie das Systemverhalten unter unerwarteten Eingaben testet.
3. Penetrationstests überprüfen die Wirksamkeit von Sicherheitsmaßnahmen durch simulierte Angriffe in der realen Welt.

Durch die frühzeitige Implementierung dieser Ansätze in der Entwicklung mittels Shift-Left-Praktiken lassen sich die Kosten für die Behebung von Sicherheitslücken im Vergleich zur Behebung nach der Bereitstellung um bis zu 100x reduzieren, während gleichzeitig die Einhaltung kritischer Sicherheitsstandards wie ISO 21434 und IEC 62443 gewährleistet wird.

Warum ist die Absicherung eingebetteter Systeme so wichtig, aber gleichzeitig so schwierig?

Eingebettete Systeme stehen aufgrund begrenzter Ressourcen, langer Lebenszyklen und kritischer Sicherheitsaspekte vor besonderen Sicherheitsherausforderungen. Im Gegensatz zu herkömmlicher Software erschweren die eingeschränkten Umgebungsbedingungen (Rechenleistung, Speicher, Zielgröße) die Implementierung robuster Sicherheitsmaßnahmen ohne Leistungseinbußen.

Ihre jahrzehntelangen Lebenszyklen weisen oft Mängel in den Mechanismen für Sicherheitsupdates nach der Inbetriebnahme auf. Sicherheitslücken in sicherheitskritischen Systemen können katastrophale Folgen haben und Menschenleben gefährden (Automobilindustrie) oder Patientendaten und Behandlungen beeinträchtigen (Medizintechnik).

Die wachsende Angriffsfläche von IoT-Geräten macht diese zu attraktiven Zielen. Regulatorische Rahmenbedingungen wie die Cybersicherheitsleitlinien der FDA, ISO 21434 für die Automobilindustrie, IEC 62443 für die industrielle Automatisierung und UNECE WP.29 schreiben strenge Sicherheitsmaßnahmen vor.

Zu den technischen Herausforderungen gehören:

• Begrenzte Werkzeuge für spezialisierte Plattformen
• Physische Zugänglichkeit für Hardwareangriffe
• Sicherung von Hardware-Software-Schnittstellen
• Extrem schwierige Patch-Installationen an bereitgestellten Systemen

Die Konvergenz von Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) im Bereich der Sicherheit erhöht die Komplexität, da eingebettete Systeme mit Unternehmensnetzwerken und Cloud-Diensten verbunden werden.Beispielhaft hierfür sind die Herausforderungen der Cybersicherheit in der Automobilindustrie..

Ohne fundierte Kenntnisse zu Was sind eingebettete Systeme? und deren Einschränkungen sind entscheidend für maßgeschneiderte Sicherheitstests.

Welche drei Hauptarten von Sicherheitstests gibt es für eingebettete Systeme?

Sicherheitstests für eingebettete Systeme basieren auf drei sich ergänzenden Methoden:

1. Statische Analyse Untersucht den Quellcode ohne Ausführung, um Schwachstellen auf Codeebene frühzeitig zu erkennen.
2. Dynamische Analyse Testet das Laufzeitverhalten, indem es die Systemreaktionen auf verschiedene Eingaben überwacht. Fuzz-Testing ist dabei eine wichtige Technik, um Abstürze und Speicherbeschädigungen aufzudecken.
3. Penetrationstests Simuliert Angriffe aus der realen Welt, um Sicherheitskontrollen in produktionsnahen oder implementierten Konfigurationen zu validieren.

Diese Ansätze befassen sich mit verschiedenen Aspekten der Systemsicherheit, decken unterschiedliche Schwachstellenklassen auf und liefern einzigartige Erkenntnisse.

Regulatorische Normen wie ISO 21434, IEC 62443 und die FDA-Richtlinien erkennen den Wert dieser unterschiedlichen Methoden an. Effektive Strategien berücksichtigen diese Ansätze je nach Entwicklungsphase.

• Die statische Analyse wird am frühesten integriert.
• Dynamische Tests während der Integration
• Penetrationstests später in der Entwicklung oder an Produktionssystemen

Erfahren Sie mehr über umfassende automatisierte Tests für eingebettete Systeme kombiniert mit einem nachhaltigen Materialprofil. Anwendungssicherheitstests.

Statische Analyse

Statische Anwendungssicherheitstests (SAST) SAST identifiziert Sicherheitslücken in eingebettetem Quellcode, ohne diesen auszuführen. Durch die Analyse von Codestruktur, Datenfluss und Kontrollfluss erkennt SAST frühzeitig im Entwicklungszyklus Muster, die auf ausnutzbare Schwachstellen hinweisen, und minimiert so die Kosten für deren Behebung.

Es eignet sich besonders gut zum Aufspüren häufiger eingebetteter Fehler wie Pufferüberläufe, Ganzzahlüberläufe, unsichere kryptografische Implementierungen, fest codierte Anmeldeinformationen, unsichere Zufallszahlengenerierung und Race Conditions.

• Moderne SAST-Tools ordnen Probleme Standards zu wie Gemeinsame Schwächenzählung (CWE) und CERT C/C++ sichere Codierungsstandards und Unterstützung der Konformität mit Frameworks wie MISRA C/C++ und OWASP.
• Für regulierte Branchen, Statische Analyse zur Konformität mit DO-178C und ähnliche Ansätze für Automobil-, Medizin- und Industriesysteme sind von entscheidender Bedeutung.
• Die Integration von SAST in Entwicklungsworkflows über IDE-Plugins, Build-System-Integration und Pull-Request-Analyse ermöglicht Echtzeit-Feedback und automatisierte Prüfungen.
• Die Steuerung von Fehlalarmen durch Schweregradschwellen und Unterdrückungsregeln ist der Schlüssel zu einer effektiven Implementierung.

Specialized C/C++ Sicherheitstests Die Funktionen beheben Schwachstellen im Speicher auf niedriger Ebene und plattformspezifische Probleme in ressourcenbeschränkten Umgebungen.

Dynamische Analyse

Dynamische Sicherheitstests untersuchen das Verhalten eingebetteter Systeme während der Ausführung, um Laufzeitschwachstellen aufzudecken, die bei statischen Analysen übersehen werden.

Beim Fuzz-Testing, einem wichtigen dynamischen Ansatz, werden fehlerhafte, unerwartete oder zufällige Daten an Systeme gesendet, um Abstürze, Speicherbeschädigungen und andere Sicherheitsprobleme aufzudecken.

Bei eingebetteten Systemen zielt das Fuzzing auf verschiedene Schnittstellen und Protokolle ab, darunter Kommunikationsprotokolle (CAN-Bus, UART, SPI, I2C), Netzwerkprotokolle (TCP/IP, SOME/IP, DDS, drahtlos), Dateiparser (Firmware-Updates, Konfigurationsdateien) und Befehlsprozessoren.

• Instrumentierungsstrategien wie Memory Sanitizer und Bounds Checking verbessern Fuzz-Tests, indem sie subtile Speichersicherheitsverletzungen aufdecken und den Array-Zugriff verifizieren.
• Zu den spezialisierten Ansätzen für eingebettete Systeme gehören Hardware-in-the-Loop-Konfigurationen und emulationsbasiertes Fuzzing.
• Laufzeitanalyse für eingebettete Anwendungen Ergänzt Fuzz-Tests durch die Erkennung von Speicherfehlern und Ressourcenlecks während des normalen Betriebs.
• Die systematische Analyse von Absturzprotokollen, die Identifizierung von Speicherbeschädigungsmustern und die Entwicklung von Proof-of-Concept-Exploits sind entscheidend für die Validierung und Priorisierung von Schwachstellen.
• Techniken wie API-Sicherheitstests und Fuzz-Tests Sie gelten für eingebettete APIs, während dynamische Anwendungssicherheitstests (DAST) die Sicherheit in laufenden Systemen validieren.

Ohne fundierte Kenntnisse zu dynamische Analyse Grundlagenkenntnisse sind für eine effektive Laufzeit-Sicherheitsvalidierung unerlässlich.

Penetrationstests

Penetrationstests simulieren reale Angriffe auf eingebettete Systeme, um Sicherheitsmaßnahmen zu validieren und ausnutzbare Schwachstellen zu identifizieren. Sie spiegeln die Vorgehensweise von Angreifern wider. Penetrationstests umfassen Black-Box-Tests (ohne Vorwissen) und Gray-Box-Tests (mit Architekturdokumentation).

Eingebettete Techniken zielen auf einzigartige Angriffsflächen ab, darunter die Ausnutzung von Hardware-Schnittstellen (JTAG, serielle Konsolen), die Extraktion und das Reverse Engineering von Firmware, Seitenkanalangriffe (Leistungsanalyse, EM-Emissionen), die Ausnutzung von Kommunikationsprotokollen und Tests zur Rechteausweitung.

• Sorgfältige Planung ist für eingebettete Penetrationstests unerlässlich. Dabei müssen die Einsatzregeln definiert, Wiederherstellungsverfahren festgelegt, die Ausgangskonfigurationen dokumentiert und Zeit-/Budgetbeschränkungen gesetzt werden, um sich auf Hochrisikovektoren zu konzentrieren.
• Penetrationstests und API-Sicherheit Ansätze zur Validierung von Webdiensten und REST-APIs, mit API-Testing mit Penetrationstesting-Funktionen bietet spezialisierte Tools für eingebettete Web-Schnittstellen an.
• A umfassender API-Testleitfaden behandelt relevante Methoden.
• Die Ergebnisse sollten mit Proof-of-Concept-Exploits dokumentiert werden, einschließlich Schwachstellenbeschreibungen, Ausnutzungsschritten, Folgenabschätzungen und Hinweisen zur Behebung.
• Integration von Penetrationstests mit Automotive CI/CD DevOps Testautomatisierung kombiniert mit einem nachhaltigen Materialprofil. Implementierung von Qualitätssicherung in einer CI/CD-Pipeline ermöglicht kontinuierliche Sicherheitsvalidierung.

Bewährte Verfahren für Sicherheitstests eingebetteter Systeme

Effektive Sicherheitstests für eingebettete Systeme begegnen Herausforderungen wie eingeschränkten Debugging-Möglichkeiten, Ressourcenbeschränkungen, komplexen Angriffsflächen und Schwierigkeiten bei der Reproduktion von Problemen.

Zu den wichtigsten Best Practices gehören:

• Integration der Sicherheitsvalidierung in die Entwicklungsprozesse – Shift Left.
• Frühzeitige Durchführung von Bedrohungsmodellierungen.
• Durchführung einer statischen Analyse von Code-Commits.
• Festlegung und Durchsetzung sicherer Codierungsstandards.
• Implementierung automatisierter Sicherheitskontrollen in CI/CD-Pipelines.
• Durchführung von Sicherheitsüberprüfungen bei architektonischen Meilensteinen.

Diese Vorgehensweisen führen zu einer schnelleren Behebung von Sicherheitslücken, einem geringeren Sicherheitsdefizit und besseren Sicherheitsergebnissen. Darüber hinaus:

• Regressionstests von eingebetteten Systemen stellt sicher, dass durch die Korrekturen keine neuen Probleme entstehen.
• ISO/SAE 21434-Konformität erfordert kontinuierliche Validierung und Verständnis Die Bedrohungsanalyse und Risikobewertung (TARA) hilft bei der Priorisierung von Tests.

Sicherheitstests frühzeitig mit Shift-Left-Praktiken implementieren

Shift-Left-Sicherheitstests integrieren die Sicherheitsvalidierung in den gesamten Entwicklungslebenszyklus, wodurch die Kosten für die Behebung von Sicherheitslücken deutlich reduziert und die Sicherheitsergebnisse verbessert werden, indem den Entwicklern während des Codierens unmittelbares Feedback gegeben wird.

Zu den praktischen Shift-Left-Maßnahmen gehören:

• Bedrohungsmodellierung während der Designphase.
• Statische Analyse von Code-Commits.
• Etablierung sicherer Codierungsstandards mit automatisierter Durchsetzung und Schulung.
• Implementierung von Sicherheitsbarrieren in CI/CD-Pipelines.
• Durchführung von Sicherheitsüberprüfungen bei architektonischen Meilensteinen.
• Bereitstellung von Sicherheitsschulungen für Entwickler.

Die technische Umsetzung umfasst eine in die IDE integrierte statische Analyse für Echtzeit-Feedback, Pre-Commit-Hooks zur Durchsetzung von Richtlinien, Pull-Request-Analyse für Pre-Merge-Reviews und automatisierte Testsuiten mit sicherheitsorientierten Fällen.

Methoden zum Testen der Softwarekonformität ermöglichen eine frühzeitige Validierung anhand regulatorischer Anforderungen. Hinzufügen statischer Analysen zu Ihrem Sicherheitstest-Werkzeugkasten verbessert umfassende Strategien.

Organisationen, die auf Shift-Left-Sicherheit setzen, profitieren von einer früheren Erkennung von Sicherheitslücken, minimalen Kosten für deren Behebung, einem verbesserten Sicherheitsbewusstsein der Entwickler und einer geringeren Sicherheitsverschuldung.

Strategien für mehrschichtige Verteidigungstests entwickeln

Tiefenverteidigungsansätze validieren mehrere Sicherheitsebenen wie Hardware, Firmware und Anwendung. Diese Strategien gewährleisten einen mehrschichtigen Schutz, selbst wenn eine Kontrollinstanz ausfällt.

Zu den wichtigsten Testbereichen gehören:

• Sichere Bootmechanismen
• Kryptografische Implementierungen unter Verwendung validierter Algorithmen und geeigneter Schlüsselverwaltung
• Zugriffskontrollen und Authentifizierung
• Sichere Kommunikationswege
• Sicherheit von Firmware-Updates

Für die Tests sind spezialisierte Ansätze für verschiedene Ebenen erforderlich: Hardware-Sicherheitsmodul-Tests (HSM) für kryptografische Operationen, Firmware-Sicherheitstests für Bootloader und Updates sowie Anwendungstests für Authentifizierung, Autorisierung und APIs.

Koordination zwischen funktionaler Sicherheit wie ISO 26262 und Sicherheitspraktiken sind von entscheidender Bedeutung. Dies kann erreicht werden durch Lösungen für Software-Konformitätstests.

Sicherheitstests für eingebettete KI Die Integrationstests sind unerlässlich, um zu überprüfen, ob die Sicherheitskontrollen über Vertrauensgrenzen hinweg effektiv zusammenarbeiten und ob mehrere Verteidigungsebenen den Fortschritt von Angreifern behindern.

Kontinuierliche Sicherheitsvalidierung und Schwachstellenmanagement gewährleisten

Die kontinuierliche Sicherheitsvalidierung während des gesamten Produktlebenszyklus gewährleistet eine dauerhaft hohe Sicherheitslage gegenüber sich ständig weiterentwickelnden Bedrohungen. Effektives Schwachstellenmanagement umfasst:

• Automatisierte Sicherheitsregressionstests
• Kontinuierliches Scannen von Drittanbieterkomponenten
• Validierung von Sicherheitspatches
• Integration von Bedrohungsinformationen
• Sicherheitsmetriken-Verfolgung

Die technische Umsetzung basiert auf einer Automatisierungs- und Überwachungsinfrastruktur, einschließlich automatisierter Sicherheitstest-Suites, in Build-Systeme integrierter Komponentenschwachstellendatenbanken und Dashboards mit Sicherheitsmetriken.

Threat-Intelligence-Feeds priorisieren Tests basierend auf neu auftretenden Angriffstechniken. Grundlegende Praktiken wie Unit-Test ermöglichen die schnelle Durchführung von Sicherheitstests, während Rückverfolgbarkeit der Anforderungen sorgt für eine umfassende Abdeckung.

Die richtige SAST-Lösung auswählen ist wichtig für die Erfüllung eingebetteter Anforderungen. Zu den organisatorischen Praktiken gehören Verfahren zur Reaktion auf Sicherheitsvorfälle, Richtlinien zur Offenlegung von Schwachstellen, Dokumentation von Sicherheitstests und regelmäßige Sicherheitsschulungen.

Kontinuierliche Validierung führt zu weniger Sicherheitslücken nach der Veröffentlichung, schnellerer Reaktion auf Bedrohungen und einer verbesserten Sicherheitslage über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg.

Erste Schritte mit Embedded-Sicherheitstests mithilfe von Parasoft

Für Sicherheitstests eingebetteter Systeme sind umfassende Ansätze erforderlich, die Schwachstellen über mehrere Schichten hinweg und während des gesamten Entwicklungslebenszyklus hinweg adressieren.

Die Kernmethoden bieten komplementäre Erkenntnisse.

• Statische Analyse für Probleme auf Codeebene
• Dynamische Analyse/Fuzz-Testing für Laufzeitprobleme
• Penetrationstests zur Validierung der Kontrollmechanismen

Die Umsetzung dieser Maßnahmen durch Shift-Left-Praktiken, Defense-in-Depth-Strategien und kontinuierliche Validierung gewährleistet robuste Sicherheit, erfüllt regulatorische Anforderungen und reduziert die Kosten für die Behebung von Sicherheitslücken.

Parasoft bietet integrierte Sicherheitstestlösungen für eingebettete Systeme an.

• Parasoft C / C ++ test bietet statische Analyse, Unit-Tests und Codeabdeckung für eingebettete C/C++-Anwendungen, identifiziert Schwachstellen und gewährleistet die Einhaltung von Standards wie CERT C und MISRA C.
• Parasofts Lösungen für Konformitätsprüfungen Unterstützung von Sicherheitsstandards (ISO 26262, ISO 21434, IEC 62443, DO-178C, FDA-Richtlinien) mit automatisierter Rückverfolgbarkeit für die Zertifizierung.
• Parasoft SOAtest erweitert den Sicherheitsumfang über die Geräte- und Komponentenebene hinaus durch die Automatisierung von API- und Integrationstests. Es validiert die Sicherheit von Kommunikationskanälen und Datenaustausch zwischen eingebetteten Systemkomponenten und verbundenen Unternehmens- oder Cloud-Diensten – ein häufiger Angriffsvektor in konvergenten IT/OT-Umgebungen.