在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署中，無線技術(shù)(不包括低功耗)可大致分為蜂窩或短距離無線。短距離無線包括 Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee 和各種其他協(xié)議。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常決定使用現(xiàn)成的、經(jīng)過認(rèn)證的無線模塊，而不是從頭開始設(shè)計(jì)無線通信電路。其中一些模塊現(xiàn)在可以在單個(gè)模塊中容納多種頻率和協(xié)議。本文討論了 Wi-Fi 模塊的架構(gòu)，以及設(shè)計(jì)人員利用此類模塊中可用的資源來改善物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)安全性的機(jī)會。實(shí)際上，無論涉及何種無線協(xié)議，相同的通用方法都可以應(yīng)用于其他模塊。

什么是Wi-Fi模塊?

Wi-Fi 模塊包括一個(gè) 2.4GHz 或 5GHz 頻段(或兩者)的無線收發(fā)器、一根天線和一個(gè)微控制器，用于運(yùn)行固件、使無線電能夠接收和發(fā)送數(shù)據(jù)以及操作協(xié)議。微控制器的外部接口通常是 SPI、I 2 C、USB 或 UART。

將 Wi-Fi 模塊連接到網(wǎng)絡(luò)

Wi-Fi 模塊需要運(yùn)行 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)定義的幾種不同協(xié)議才能連接到網(wǎng)絡(luò)。連接后，它們還必須運(yùn)行所需的機(jī)器對機(jī)器協(xié)議。連接到云服務(wù)器的典型協(xié)議棧和功能集可能包括：

· TLS

· TCP/IP

· HTTP/S

· FTP

· 消息隊(duì)列傳輸協(xié)議

· 證書處理(安全)

· 加密密鑰的使用(安全)

由于成本和功率限制，Wi-Fi 模塊內(nèi)的設(shè)備通常資源有限，因此通常會將一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議卸載到主機(jī)應(yīng)用處理器。與調(diào)制解調(diào)器一樣，Wi-Fi 模塊通過 UART 接口使用 AT 命令。隨著模塊變得越來越復(fù)雜，AT 命令也變得越來越強(qiáng)大，應(yīng)用處理器的工作量也減少了。

無線系統(tǒng)分區(qū)

從安全角度來看，一個(gè)重要的考慮因素是每個(gè)協(xié)議堆棧和安全功能應(yīng)位于何處。早期的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常在 Wi-Fi 模塊上運(yùn)行 TCP/IP 和 HTTP 協(xié)議，而 HTTP 命令、客戶應(yīng)用程序和安全證書則由應(yīng)用處理器處理。

由于 HTTPS 協(xié)議取代了 HTTP 以確保通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)加密，因此 HTTPS 協(xié)議堆棧通常包含在 Wi-Fi 模塊中，但 HTTPS 命令來自應(yīng)用處理器。HTTPS 由 TLS 協(xié)議保護(hù)，需要使用加密技術(shù)。加密密鑰通常由應(yīng)用處理器存儲在其本地安全內(nèi)存中。但是，連接到應(yīng)用處理器的安全元件通常用作替代安全存儲機(jī)制。

上述方法的最大缺點(diǎn)是，通過UART/SPI鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常是清晰的。這意味著加密密鑰不能安全地通過它發(fā)送。這個(gè)挑戰(zhàn)是放大無線模塊連接到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如傳感器，然后你需要存儲根證書、url和api，除了加密密鑰，任何軟件平臺用于安全管理這些設(shè)備時(shí)連接到服務(wù)和應(yīng)用程序。

構(gòu)建一個(gè)Wi-Fi模塊，以加速物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理

軟件安全平臺(例如 Crypto Quantique 的 QuarkLink (QL))可以節(jié)省數(shù)月的精力，用于實(shí)現(xiàn)安全連接到云服務(wù)器所需的復(fù)雜堆棧。它提供了固件 API 和針對流行微控制器的示例項(xiàng)目。該平臺通過簡單的圖形用戶界面提供物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的入門和終身管理。用戶幾乎不需要安全專業(yè)知識。只需幾分鐘，數(shù)千臺物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就可以安全地連接到本地或基于云的服務(wù)器。

如果微控制器中有足夠的資源來存儲實(shí)現(xiàn)安全連接所需的元素，則可以配置更復(fù)雜的 Wi-Fi 模塊以在網(wǎng)絡(luò)中使用 QuarkLink。此類模塊還將具有與應(yīng)用處理器的加密鏈接。然后，將配置功能分區(qū)。

選擇您的 Wi-Fi 模塊：選擇注意事項(xiàng)

在為安全物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用選擇 Wi-Fi 模塊時(shí)，請選擇具有足夠處理器和內(nèi)存資源的模塊，以便在模塊本身內(nèi)(而不是在應(yīng)用處理器中)存儲和處理所選安全平臺的元素。這將降低開發(fā)可靠物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品所需的復(fù)雜性和工程資源。

這樣，工程工作就可以集中在核心應(yīng)用上，而無需調(diào)試復(fù)雜、安全的通信軟件堆棧。結(jié)果是更安全、更可靠的結(jié)果，無需在 Wi-Fi 模塊和應(yīng)用處理器之間進(jìn)行過于復(fù)雜的通信。