4. 网络威胁基础

在机器人网络安全中，很多讨论之所以会“越聊越乱”，是因为把几个相邻概念混用了：威胁、脆弱性、风险、攻击面、攻击链、STRIDE、DREAD。它们不是同义词，而是从“谁可能伤害系统”到“伤害如何发生”再到“伤害有多严重、先修哪里”的一条完整分析链。理解这条链，才能把机器人系统的安全评估从经验判断变成可复用的工程方法。

一、核心概念：从威胁到风险的因果链

威胁（Threat）是指可能对机器人系统造成损害的潜在主体或事件，例如恶意攻击者、勒索软件、内部人员误操作、供应链投毒、物理接触攻击等。威胁回答的是“谁或什么可能造成伤害”。

脆弱性（Vulnerability）是系统自身存在的弱点，例如未加密的调试接口、默认口令、未签名固件、ROS 2 DDS 未启用安全发现、过度开放的 CAN 总线、缺乏输入校验的视觉模型接口等。脆弱性回答的是“系统哪里容易被突破”。

风险（Risk）是威胁利用脆弱性造成损害的可能性和影响程度的组合。通常可表达为：风险 = 威胁 × 脆弱性 × 影响。风险回答的是“这件事有多值得优先处理”。

攻击面（Attack Surface）是所有可被攻击者利用的入口、接口、数据流、权限路径和物理接触点的总和。机器人系统的攻击面通常横跨云平台、ROS 2 网络、传感器、执行器、OTA 升级、移动 App、Wi-Fi/蓝牙、USB 调试口和第三方库。攻击面回答的是“攻击者可以从哪里进来”。

攻击链（Attack Chain / Kill Chain）描述攻击从侦察到达成目标的阶段化过程。在机器人场景中，常见路径是：侦察发现 ROS 2 话题 → 利用未授权发布注入速度指令 → 横向移动到导航节点 → 篡改地图或路径 → 造成物理碰撞或停摆。攻击链回答的是“攻击如何一步步发生”。

二、方法流程：如何用 STRIDE 与 DREAD 做机器人威胁建模

STRIDE 是微软提出的威胁分类框架，适合在系统设计阶段逐项检查。对机器人系统而言，可以按数据流图逐个元素套用：

• Spoofing 仿冒：攻击者伪造机器人节点身份，向控制话题发布伪造位姿。
• Tampering 篡改：篡改固件、地图文件、模型权重或 CAN 报文。
• Repudiation 抵赖：操作员否认曾下发危险指令，日志缺失导致无法追责。
• Information Disclosure 信息泄露：激光雷达点云、摄像头画面、Wi-Fi 凭据被窃取。
• Denial of Service 拒绝服务：洪泛 DDS 发现流量，使导航节点无法通信。
• Elevation of Privilege 权限提升：从普通 ROS 2 节点提升到 root，进而控制执行器。

DREAD 则用于对已识别威胁打分。每个维度可按 1～3 或 1～10 评分，最后求平均或加权求和，得到风险优先级。机器人场景中，Damage Potential 往往权重最高，因为一旦涉及物理运动，后果可能是人身伤害或设备损毁。

示例：ROS 2 话题未授权发布速度指令
D 潜在损害：3（可导致碰撞）
R 可复现性：3（工具成熟，易复现）
E 可利用性：2（需在同一 DDS 域）
A 受影响用户：2（单台机器人）
D 可发现性：3（话题默认可见）
DREAD 平均分 = (3+3+2+2+3)/5 = 2.6 → 高优先级

三、案例场景：从攻击面到攻击链的完整推演

假设一台移动机器人通过 Wi-Fi 接入 ROS 2 网络，使用默认 DDS 配置，调试口未关闭，OTA 升级包未做签名校验。攻击者进入同一网段后：

1. 侦察：扫描发现 ROS 2 发现协议和 /cmd_vel 话题。
2. 初始访问：利用未授权发布权限，向 /cmd_vel 注入速度指令。
3. 横向移动：通过调试口读取节点参数，找到导航与地图服务。
4. 目标达成：篡改地图或路径，使机器人驶入危险区域。

在这个案例中，攻击面是 Wi-Fi、DDS 话题、调试口和 OTA 通道；脆弱性是默认配置、未授权发布、未签名升级；威胁是外部攻击者；攻击链是上述四步；风险是物理碰撞与停摆；STRIDE 可覆盖仿冒、篡改、拒绝服务和权限提升；DREAD 则帮助判断“先修 DDS 授权还是先修 OTA 签名”。

四、误区与复盘：不要把风险等同于漏洞数量