3. 安全威胁建模

安全基线与验收不是“把能关的端口都关掉”，而是先回答三个问题：我们要保护什么、对手会怎么打、打成功后会造成什么后果。威胁建模就是把这三个问题结构化，让后续的基线项、测试用例和验收判据都有出处。本节围绕 STRIDE 分类、攻击树分析、嵌入式典型威胁场景与资产识别展开，形成可落地的建模流程。

一、核心原理：从资产到威胁的结构化推导

威胁建模的起点是资产识别。嵌入式设备的资产不只是固件二进制，还包括：启动链（BootROM、SPL、U-Boot）、密钥与证书、调试接口（JTAG/SWD/UART）、通信通道（BLE、Zigbee、MQTT、CAN）、设备身份（Device ID、证书私钥）、用户数据与配置、以及设备被攻陷后可作为跳板进入的云端或内网资源。资产识别要标注“价值”和“暴露面”：价值决定保护强度，暴露面决定攻击可达性。

在资产清单之上，用 STRIDE 对每一条数据流和交互点做分类检查。STRIDE 是六类威胁的缩写：Spoofing（仿冒）、Tampering（篡改）、Repudiation（抵赖）、Information Disclosure（信息泄露）、Denial of Service（拒绝服务）、Elevation of Privilege（权限提升）。它的价值在于“不遗漏”：对每个接口、每条消息、每个存储点逐项过一遍，比凭经验拍脑袋更可靠。

二、方法流程：STRIDE 与攻击树的配合使用

推荐流程为：资产识别 → 画数据流图（DFD）→ 标注信任边界 → STRIDE 逐项分析 → 对高危路径建攻击树 → 映射到基线与验收项。数据流图不必复杂，标出外部实体、进程、数据存储、数据流和信任边界即可。信任边界是重点：跨边界处就是攻击者最可能下手的位置。

STRIDE 分析时，对每个元素问对应的问题：外部实体是否可被仿冒？数据流是否可被篡改或窃听？进程是否可被提权？数据存储是否可被非授权读取？设备是否可被拒绝服务？操作是否可被抵赖？把答案记录为“威胁—影响—可能性—缓解措施”。

攻击树用于对高价值目标做纵深推演。根节点是攻击者目标（如“获取固件中的私钥”），子节点是达成目标的子目标或手段，叶子节点是具体攻击动作。攻击树能暴露“多条路径中只要一条成立即可成功”的现实，帮助确定优先级。

攻击树示例：获取设备私钥
根：读取设备私钥
├─ 物理接触
│  ├─ 读取未加密 Flash
│  ├─ 通过 UART 进入 U-Boot 并 dump
│  └─ 利用 JTAG 调试口读取内存
├─ 网络攻击
│  ├─ 利用固件升级接口上传恶意固件
│  ├─ 利用调试服务命令执行
│  └─ 利用弱口令登录管理页面
└─ 供应链
   ├─ 从固件包中提取硬编码密钥
   └─ 从日志或配置文件中获取凭据

攻击树建好后，对叶子节点标注“可行性”和“所需条件”，再与 STRIDE 结果合并，形成威胁清单。清单中的每一项都要有明确的缓解措施和验收方法，例如“关闭 JTAG”对应“物理接口测试：尝试连接 JTAG 应无法读取内存”。

三、嵌入式设备典型威胁场景

嵌入式设备的威胁场景与通用 IT 有明显差异，常见的有：

• 固件提取与逆向：Flash 未加密、调试口未关闭，攻击者可直接读取固件并提取密钥、算法和硬编码凭据。
• 固件篡改与降级：升级包未签名或未校验版本，攻击者刷入恶意固件或降级到有漏洞的旧版本。
• 调试接口滥用：UART 暴露 shell、JTAG 可读写内存，攻击者获得设备控制权。
• 通信窃听与重放：BLE/Zigbee/无线通信未加密或未做防重放，攻击者可窃取数据或重放控制指令。
• 拒绝服务：资源受限设备易被大量连接、畸形报文或耗尽内存的攻击打瘫。
• 供应链与云侧风险：设备证书共用、云端接口鉴权不足，单台设备被攻陷后可横向影响其他设备。

这些场景的共同点是：攻击面往往来自“为了方便而保留的接口”和“为了省成本而省略的校验”。威胁建模的作用就是把这些“默认存在”的风险显式化。

四、资产识别清单与 STRIDE 映射表

下表给出一个可复用的资产—威胁映射模板，实际项目中可按设备类型增删。表中“验收关注点”直接对应后续基线测试项。

五、误区与复盘

复盘时建议检查三件事：第一，每条高危威胁是否都有明确的缓解措施和验收方法；第二，攻击树中“低成本高收益”的叶子节点是否已被基线覆盖；第三，信任边界是否随架构变化重新标注。只有把威胁建模的结论落到基线项和验收判据上，安全基线才不是一张静态清单，而是可验证、可迭代的工程约束。