確保機器人技術的安全未來：網路安全

摘要

本文深入探討機器人控制系統中的安全風險（Security risks）與有效的防護措施。內容涵蓋工業安全標準，並詳細分析滿足這些標準所需的關鍵硬體與軟體要件。

前言

廠房自動化是「工業 4.0」的核心所在，而工業機器人、自主移動機器人（AMR）以及協作機器人（Cobots）在實現現代工業 4.0 的過程中扮演著至關重要的角色。機器人正變得越來越智慧化、具備更強的協同能力，並且能更出色地在有或沒有人類干預的情況下處理複雜任務。

自動化程度的提高與機器人使用率的升溫，也同步推升了對機器人控制系統功能安全（Safety）與網路資訊安全（Security）的更高標準要求。

機器人最初主要應用於工廠車間，但如今已廣泛應用於醫療、軍事、物流與農業等不同領域。對於安全與資安的需求比十年前來得更加迫切。意外事故或許難以完全避免，但由惡意攻擊所引發的事故影響尤為嚴峻。機器人一旦遭惡意劫持或控制，將可能造成極其嚴重的經濟與財務損失。

機器人控制系統中的安全風險

圖 1. 機器人控制系統中的安全風險

表 1 針對部分關鍵的資安隱憂與風險進行了總覽說明。

備註： 相當大比例的安全風險（Security risks），本質上確實源自於軟體漏洞（Software vulnerabilities）。

工業與機器人領域的法規與法案：推動網路韌性（Cyber Resilience）與營運安全防禦

網路安全（Cybersecurity）的情勢正在迅速演變，針對工業與機器人領域的法規與法案數量正日益增加。在眾多規範中，專門針對資安防護的關鍵法案包括：歐盟《網路安全法案》（EU Cybersecurity Act）、歐盟《網路韌性法案》（EU Cyber Resilience Act, CRA），以及美國《關鍵基礎設施網路事件通報法案》（CIRCIA）。此外，中國與印度也正相繼推出並更新相關的法規與法案。美國國家標準與技術研究院（NIST）的《運作技術（OT）安全指南》以及 IEC 62443 等國際標準，為我們提供了明確的指引，使我們能夠採取「先期安全設計」（Secure-by-Design）的方法，並設計與開發出具備抵禦網路攻擊韌性的控制系統。

工業自動化與控制系統安全（IACS）之 IEC 62443 標準規範

IEC 62443 是專為工業自動化與控制系統（IACS）所訂定的資安標準。它是開發工業自動化控制系統時被廣泛採納的標準規範，且絕大多數法規皆推薦並認可其重要性。遵守此標準能協助我們符合相關法規要求、降低控制系統中潛在的網路安全風險、填補控制系統的安全漏洞，並有效保護關鍵資產以及實現多項安全防護目標。

圖 2. IEC 62443 為一套完整的資安標準架構

雖然該標準的部分章節側重於流程與管理程序，但 IEC 62443-4-1 與 IEC 62443-4-2 則是專門方針對元件層級安全（Component security）制定規範。

根據 IEC 62443-4-2 的定義，元件類型包含：軟體應用程式（Software applications）、主機裝置（Host devices）、嵌入式裝置（Embedded devices）以及網路裝置（Network devices）。

該標準根據元件所滿足的元件需求（CR, Component Requirement）與需求強化（RE, Requirement Enhancement），為每種元件類型定義了相應的能力安全等級（Capability Security Level, SL）。標準共定義了四個安全等級（SL1 至 SL4）。其中，SL3 與 SL4 等級明確要求必須具備基於硬體的安全機制（Hardware-based security）。

開發機器人資安系統解決方案時，需要哪些關鍵能力與技術？

若要建構安全無虞的機器人控制系統，我們必須解決「機器人控制系統中的安全風險」一節中所提及的各項威脅。所需的關鍵技術能力與技術包含：

  • 安全驗證（Secure Authentication）： 整合安全驗證晶片（Secure authenticators），用以驗證裝置與元件的身分合法性。

  • 安全協同處理器（Secure Coprocessors）： 採用專用的硬體晶片，進行安全的資料儲存與密碼學運算（Cryptographic operations）。

  • 安全通訊（Secure Communication）： 導入加密通訊協定，確保資料交換過程獲得妥善保護。

  • 存取控制（Access Control）： 執行細粒度的權限控管（Granular permissions），阻擋未經授權的系統存取。

  • 防實體篡改措施（Physical Security Measures）： 融入各項防護機制，抵禦針對硬體的實體拆解與篡改。

即用型資安 IC（Turnkey security ICs）（例如安全驗證晶片與安全協同處理器）即是為了滿足這些需求而量身打造，具備易於導入與成本效益高等優勢。這些固定功能（Fixed-function）的 IC，搭配了專為主控處理器（Host processor）設計的完整軟體堆疊（Software stacks）。備註： 採用**獨立安全元件（Discrete secure element）**能大幅提升系統的安全性與韌性；這是因為即便應用處理器（Application Processor）遭受入侵勒索，分離式 IC 之間的隔離機制（Isolation）亦能有效防止駭客存取儲存於獨立晶片內的金鑰與憑證。除了上述技術構面之外，系統開發者還必須採用結構化的安全開發流程，涵蓋需求收集、威脅建模（Threat modelling）、安全設計、程式碼實作、測試驗證、合規認證以及後期維護。遵循安全開發生命週期（Secure Development Lifecycle, SDL），能確保資安防護從產品開發的第一天起就深植於整個流程之中。

為什麼 Analog Devices（ADI）是布局機器人資安系統解決方案的理想合作夥伴？

ADI（亞德諾半導體）不僅僅是提供如 MAXQ1065 和 DS28S60 等「即用型資安 IC（Turnkey Security ICs）」的晶片供應商，我們更致力於賦能客戶，協助滿足機器人產業中多元化的資安需求。透過整合在安全防護（Security）與機器人技術（Robotics）領域的深厚專業經驗，ADI 成為了能協助客戶克服機器人系統資安獨特挑戰的理想解決方案提供者。憑藉對這些領域的深刻理解，我們能助力客戶建構涵蓋硬體、軟體與系統層級的全方位解決方案。

ADI 深知機器人系統的安全性需要全盤性的考量，因此我們超越單一元件層級的產品思維，轉而採取系統層級（System-level）的全域觀點。我們將硬體、軟體、通訊傳輸與系統整合等因素納入考量，確保所有關鍵元件皆能無縫對接。

ADI 在汽車產業的成功合作案例（例如其無線電池管理系統, wBMS），充分展現了 ADI 在導入強健資安防護機制上的卓越能力。透過與客戶密切合作，ADI 開發出了完全符合 ISO 21434 認證的功能安全（Safe）與資訊安全（Secure）wBMS 系統，這再次印證了 ADI 提供完整系統級解決方案的承諾。在機器人產業推動類似的協同合作，將能充分發揮 ADI 在資安實作上的專業技術。藉由與產業利害關係人緊密合作，ADI 將汲取在車用領域的成功經驗，為打造安全可靠的機器人系統做出貢獻。

憑藉廣泛的技術實力與對安全性的堅定承諾，ADI 成為系統設計的首選合作夥伴，在所有與網路安全相關的專案中提供無可比擬的專業知識與技術支援。

欲瞭解更多資訊：

  • 加入 EngineerZone™ 社群論壇： 歡迎加入 Embedded Security 社群討論，搜尋「Security」關鍵字即可找到專門探討資安主題的珍貴文章與技術資源。分享您的見解、提出疑問並積極參與對話。

  • 探索資安產品線： 請造訪 [Embedded Security and 1-Wire®] 專區以獲取更多深入資訊。您可以參閱最新的技術文章、應用筆記（Application Notes）與影片，加深對該領域的理解，掌握最新技術進展並深入了解 ADI 的資安產品系列。

  • 閱讀資安案例分析： 請參閱《Analog Dialogue》文章：〈在無線電池管理系統（wBMS）的新時代，網路安全成為矚目焦點〉，深入了解資安技術如何在 ADI wBMS 系統中發揮關鍵作用。

機器人關節控制器（Robot Joint Controller）應用範例

圖 3 展示了位於機器人關節內部之關節控制系統的潛在系統設計架構。

圖 3. MAXQ1065 於機器人關節控制系統中的潛在應用

在此設計中，MAXQ1065 的潛在應用優勢顯而易見——它能夠實現安全開機（Secure Boot）功能，進而提升整個系統的整體安全性。此外，MAXQ1065 還包含了一系列附加功能，例如：安全金鑰儲存（Secure key storage）、加密通訊協定（Secure communication protocols）以及密碼學運算（Cryptographic operations）。後續文章將進一步深入探討這些應用案例，並剖析其在實際工程中的落地應用。

結論

在開創機器人技術安全未來的過程中，網路安全（Cybersecurity）至關重要。強健的防護措施（如安全驗證、加密通訊以及供應鏈安全）對於抵禦各類資安威脅不可或缺。透過優先考量網路安全並充分發揮 ADI（亞德諾半導體）的專業技術，我們能夠在高度互聯的世界中，解鎖機器人技術的完整潛能，同時有效防範新型態的資安風險。

在下一篇文章〈開創安全未來的機器人資安應用案例與實作〉（Robotic Security Use Cases and Implementation for a Secure Future）中，我們將進一步深入探討網路安全與機器人技術的交會點，並展示 ADI 資安產品在真實應用場景中的具體實作。