Security in Embedded en (I)IoT-systemen: Van klassieke beveiliging tot het post-kwantumtijdperk

Embedded- en IoT-systemen zijn de ruggengraat geworden van de moderne industrie, de automobielsector en ecosystemen van slimme apparaten. Maar naarmate de connectiviteit toeneemt, groeit ook het aantal mogelijke aanvalsvectoren. Beveiligingsincidenten kunnen niet alleen data compromitteren, maar ook hele productielijnen stilleggen of voertuigen in gevaar brengen. Het is daarom essentieel om de bedreigingen te begrijpen en een allesomvattende beveiligingsstrategie te ontwikkelen. 

Waar traditionele software vooral blootstaat aan netwerk- en applicatie-aanvallen, lopen Embedded-systemen extra risico door fysieke manipulatie en kwetsbaarheden in de toeleveringsketen. Aanvallen op Embedded-systemen zijn vaak hardwaregericht, maken gebruik van fysiek toegang en richten zich op de unieke beperkingen en lange levensduur van deze systemen. 

De Meest Voorkomende Aanvallen 

Typische aanvallen op Embedded-systemen zijn divers en vaak erg specialistisch. Hieronder een selectie van de meest voorkomende scenario’s: 

Een van de meest gebruikte methodes is firmware-extractie: Aanvallers lezen de programmacode uit om kwetsbaarheden te analyseren of intellectueel eigendom te stelen. Beschermingsmechanismen zoals secure boot of versleuteling zijn essentieel om dit tegen te gaan. 

Bij side-channel-aanvallen worden het stroomverbruik, elektromagnetische emissies of timinginformatie geanalyseerd om cryptografische sleutels te achterhalen. Tegenmaatregelen zijn onder andere masking-technieken en hardwarebescherming. 

Manipulatie van het opstartproces vormt ook een serieus risico. Onveilige bootloaders maken het mogelijk om gekompromitteerde firmware te laden, waardoor een doorlopende "chain of trust" van bootloader tot applicatie onmisbaar wordt. 

Aanvallen op communicatie komen ook veel voor: onbeveiligde of slecht beveiligde protocollen zijn gevoelig voor datamanipulatie en afluisteren. Efficiënte implementaties van TLS (Transport Layer Security) of DTLS (Datagram Transport Layer Security) zijn een must. 

Man-in-the-middle-aanvallen, waarbij gegevens tussen twee partijen worden onderschept en aangepast, kun je alleen voorkomen met certificaat-gebaseerde authenticatie. 

Tot slot zijn klassieke softwarekwetsbaarheden zoals code-injectie en buffer-overflows ook een probleem in Embedded-systemen en moeten die aangepakt worden door veilig programmeren en compiler-bescherming. 

Hoe Bescherm Je Jezelf? 

De basisvereisten voor beveiliging bij Embedded-systemen verschillen nauwelijks van die van gewone IT-systemen. Beschikbaarheid is een belangrijk doel: systemen moeten operationeel blijven, ook bij aanvallen – zeker in kritische toepassingen zoals automotive of industrie. Net zo belangrijk is sabotagebeveiliging, zodat hardware en software niet ongemerkt kunnen worden aangepast. Fysieke beschermingsmaatregelen zoals het verzegelen van de behuizing en secure elements zijn hierbij belangrijk. 

Secure elements zijn speciale hardwarecomponenten (zoals een chip met een eigen secure besturingssysteem, fysiek gescheiden van de hoofdprocessor van het apparaat). Ze zorgen voor maximale veiligheid in digitale apparaten en systemen, en creëren een omgeving die bestand is tegen manipulatie, waarin gevoelige gegevens zoals cryptografische sleutels, certificaten, betalingsinformatie of identiteitsdata veilig opgeslagen en verwerkt kunnen worden.  

Real-time prestaties zijn ook een uitdaging, want beveiligingsmechanismen mogen de reactietijden niet negatief beïnvloeden. Cryptografie moet efficiënt en voorspelbaar zijn. En bescherming van gevoelige data zoals sleutels, certificaten en persoonlijke informatie is essentieel, vaak met hardware security modules. 

Het Architectuurperspectief 

Net als bij traditionele softwareontwikkeling is de “security by design”-aanpak de sleutel tot robuuste systemen. Onder het motto “shift left” moet security, net als testen en kwaliteitsborging, geen bijzaak zijn, maar van meet af aan in de systeemarchitectuur worden geïntegreerd. Dat betekent uitgebreide risicoanalyses, zoals TARA (Threat Analysis and Risk Assessment), IRA (Integrated Risk Assessment) en DRA (Data Risk Assessment) gedurende de hele levenscyclus, het toepassen van het “least privilege”-principe en veilig programmeren. 

Bovendien zorgt een doorlopende chain of trust ervoor dat elk onderdeel de integriteit van het vorige onderdeel controleert. PKI en certificaatbeheer zijn essentieel voor authenticiteit en integriteit, terwijl veilige OTA (over-the-air) updates met versleuteling, digitale handtekeningen en rollback-bescherming updates mogelijk maken. 

Embedded-ontwikkeling kan veel voordeel halen uit klassieke DevSecOps-praktijken: het combineren van agile, automatisering en samenwerking met een sterke focus op security. Geautomatiseerd testen op beveiliging in CI/CD-pijplijnen, statische en dynamische code-analyse en het integreren van security in de hele ontwikkel- en deploymentcultuur zijn superbelangrijk om kwetsbaarheden vroeg te signaleren en op te lossen. 

De toeleveringsketen is een kritisch, vaak onderschat aanvalspunt. Betrouwbare componenten, gecertificeerde leveranciers en een veilige distributie van firmware zijn een must. Transparantie via gesigneerde builds en een Software Bill of Materials (SBOM) – met inzicht in libraries, frameworks, dependencies, versies en licentie-informatie – in combinatie met secure boot beschermen tegen manipulatie in de supply chain. 

Vooruitkijken 

Het post-quantumtijdperk brengt speciale uitdagingen met zich mee voor Embedded- en IoT-systemen. Quantumcomputers vormen een bedreiging voor klassieke cryptografie-algoritmes, waardoor quantumveilige architecturen en het integreren van PQC-algoritmes in Embedded- en IoT-devices noodzakelijk worden. Het is niet duidelijk wanneer Q-Day komt (dus het moment waarop een quantumcomputer klassieke crypto-algoritmes kan kraken), maar onderzoekers zijn ervan overtuigd dat het gebeurt. Het is belangrijk om hierop voorbereid te zijn. Zeker omdat aanvallers nu al volgens het principe “harvest now, decrypt later” werken: ze onderscheppen en bewaren vandaag versleutelde data om die later te ontcijferen zodra krachtige technologie – vooral quantumcomputers – beschikbaar komt. 

Dit is extra belangrijk omdat Embedded-systemen vaak ontworpen zijn voor een lange levensduur. Embedded-systemen hebben daarnaast beperkte geheugencapaciteit, waardoor het lastig is om zwaardere PQC-methoden toe te passen. Hier wordt crypto agility een essentiële vaardigheid – oftewel het vermogen om algoritmes te wisselen zonder hardware te vervangen. Hybride oplossingen die klassieke en PQC-algoritmes combineren worden gezien als een praktische aanpak voor de overgangsfase. 

Nu AI bijna overal wordt gepresenteerd als dé oplossing, is het goed om te beseffen dat ook Embedded AI nieuwe doelwitten biedt. AI-modellen en de data die ze gebruiken moeten beschermd worden tegen manipulatie. Veilige uitvoeringsomgevingen voor AI-inference zijn essentieel voor integriteit en vertrouwelijkheid. Dit gaat om het proces waarbij een getraind AI-model zijn kennis toepast op nieuwe, onbekende data om voorspellingen, beslissingen of classificaties te maken. 

In Embedded-scenario’s zijn er altijd al standaarden en specificaties geweest die fabrikanten verplichten hoge veiligheidseisen te respecteren – en terecht. Voor de auto-industrie is ISO/SAE 21434 de belangrijkste cybersecurity-standaard. Nieuwe regels zoals de NIS2-richtlijn en de Cyber Resilience Act maken ook duidelijk dat security niet alleen een technisch, maar ook een regulatoir vraagstuk is. 

Deze regels zijn verbonden aan deadlines: bedrijven moeten op tijd aan de eisen voldoen. Hoewel dit soms veel papierwerk betekent, draagt het uiteindelijk bij aan security als onderdeel van het bedrijfsbeleid. 

Security: Een Essentiële Voorwaarde

Security in Embedded- en IoT-systemen is geen vervelend extraatje, maar een fundamentele voorwaarde. Fabrikanten moeten een allesomvattende strategie volgen, met DevSecOps, supply chain security en voorbereiding op het post-quantumtijdperk. Alleen zo houd je grip op de risico’s van een steeds meer verbonden wereld.