Embedded Systems and Security
Lecturer: Jens Nöpel und Manuel Brosch
| Nummer | 0000005024 |
|---|---|
| Art | Praktikum |
| Umfang | 1 SWS |
| Semester | Sommersemester 2025 |
| Unterrichtssprache | Deutsch |
| Stellung in Studienplänen | Siehe TUMonline |
| Termine | Siehe TUMonline |
-
(Keine Termine gefunden)
Teilnahmekriterien
Lernziele
Die Studierenden sind in der Lage, ein sicheres eingebettes System auszulegen. Das heißt, vorgegebene Aufgaben auf einem eingebetteten System zu implementieren sowie Sicherheitsmaßnahmen zu bewerten und angemessene auszuwählen. Der erste Teil beinhaltet
- Toolchains für eingebettete Systeme zu benutzen
- Zu erläutern, wie Speicher organisiert ist
- Speichertypen in Chips zu klassifizieren
- Den Startvorgang eines Mikrocontrollers wiederzugeben
- 'memory mapped I/O' beschreiben zu können und es zu nutzen
- Übliche Peripheriebausteine aufzuzählen und deren Zweck zu erklären
- Interrupts erklären zu können und sie zu nutzen
- Debugmöglichkeiten für eingebettete Systeme vergleichen zu können und zu nutzen
während der zweite Teil folgende Fähigkeiten umfasst
- Schutzziele aufzählen zu können
- Beispiele für typische Schwachstellen zu geben
- Einige übliche Angriffe anzuwenden
- Angemessene Gegenmaßnahmen auszuwählen
- Kryptographie zu nutzen
- Mittel und Wege zur Separation darzulegen
- MMUs/MPUs erklären zu können und sie zu nutzen
- Seitenkanäle erklären zu können
- Das Konzept von 'trusted computing' darzulegen
- Toolchains für eingebettete Systeme zu benutzen
- Zu erläutern, wie Speicher organisiert ist
- Speichertypen in Chips zu klassifizieren
- Den Startvorgang eines Mikrocontrollers wiederzugeben
- 'memory mapped I/O' beschreiben zu können und es zu nutzen
- Übliche Peripheriebausteine aufzuzählen und deren Zweck zu erklären
- Interrupts erklären zu können und sie zu nutzen
- Debugmöglichkeiten für eingebettete Systeme vergleichen zu können und zu nutzen
während der zweite Teil folgende Fähigkeiten umfasst
- Schutzziele aufzählen zu können
- Beispiele für typische Schwachstellen zu geben
- Einige übliche Angriffe anzuwenden
- Angemessene Gegenmaßnahmen auszuwählen
- Kryptographie zu nutzen
- Mittel und Wege zur Separation darzulegen
- MMUs/MPUs erklären zu können und sie zu nutzen
- Seitenkanäle erklären zu können
- Das Konzept von 'trusted computing' darzulegen
Beschreibung
- Einführung in Mikrocontroller und Unterschiede zu Desktopcomputern
- Speicher in eingebetteten Systemen und dessen Nutzung durch C Compiler
- Typische Peripheriebausteine und deren Nutzung
- Interrupts und Exceptions
- Debugging von eingebetteten Systemen
- Kurzeinführung in Schutzziele und kryptographische Operationen
- Typische Schwachstellen in eingebetteten Systemen
- Übliche Angriffe und Gegenmaßnahmen
- Anmerkung zu Seitenkanälen
- Konzept von Separation und 'trusted computing'
- Speicher in eingebetteten Systemen und dessen Nutzung durch C Compiler
- Typische Peripheriebausteine und deren Nutzung
- Interrupts und Exceptions
- Debugging von eingebetteten Systemen
- Kurzeinführung in Schutzziele und kryptographische Operationen
- Typische Schwachstellen in eingebetteten Systemen
- Übliche Angriffe und Gegenmaßnahmen
- Anmerkung zu Seitenkanälen
- Konzept von Separation und 'trusted computing'
Inhaltliche Voraussetzungen
C-Programmierung
Grundkenntnisse im Bereich Computerarchitekturen
Grundkenntnisse im Bereich Computerarchitekturen
Lehr- und Lernmethoden
Wissen wird mittels Folien und Tafelanschrieb vermittelt. Der Lernprozess der Studierenden wird in den Übungen unterstützt durch interaktive Lösung von Aufgaben, Gruppenarbeit und Programmiervorführungen des Übungsleiters zu beispielhaften Sicherheitsszenarien. Programmieraufgaben während des Semesters geben den Studierenden die Möglichkeit, ihre Fähigkeiten zur Implementierung von Sicherungsmaßnahmen eingebetteter Systeme, auf echter Hardware, z.B. einer ARM-Plattform, einzuüben und zu zeigen.
Studien-, Prüfungsleistung
Die oben beschriebenen Fähigkeiten erläutern, klassifizieren, wiedergeben, beschreiben, aufzählen, erklären, vergleichen, Beispiele geben, auswählen und darlegen werden durch offene Fragen, Fragen zu Beispielcode und Rechenaufgaben in einer schriftlichen Klausur abgeprüft, die 80% der Abschlussnote ausmacht. Die Fähigkeiten nutzen und anwenden werden in den während des Kurses stattfindenden Programmieraufgaben abgeprüft, woraus sich die verbleibenden 20% der Abschlussnote ergeben.
Empfohlene Literatur
The definitive guide to ARM Cortex-M3 and Cortex-M4 processors
Joseph Yiu
Understanding Cryptography
Christoph Paar, Jan Pelzl
Accompanied lecture slides: http://www.crypto-textbook.com
Handbook of Applied Cryptography
Alfred J. Menezes, Paul C. van Oorschot, Scott A. Vanstone
Download from: http://www.cacr.math.uwaterloo.ca/hac/
Security Engineering
Ross Anderson
Download from: https://www.cl.cam.ac.uk/~rja14/book.html
Joseph Yiu
Understanding Cryptography
Christoph Paar, Jan Pelzl
Accompanied lecture slides: http://www.crypto-textbook.com
Handbook of Applied Cryptography
Alfred J. Menezes, Paul C. van Oorschot, Scott A. Vanstone
Download from: http://www.cacr.math.uwaterloo.ca/hac/
Security Engineering
Ross Anderson
Download from: https://www.cl.cam.ac.uk/~rja14/book.html
Links
Hinweis und Weitere Informationen
Die Vorlesung wird um ein Praktikum um eine SWS ergänzt.
Wird im Winter- und Sommersemester angeboten.
Programmierübungen auf einem eingebetteten System von Infineon ermöglichen es, die erlernten Inhalte praktisch einzusetzen.
Moodle
Die Folien werden nach der Vorlesung unter Moodle bereitgestellt
Sprache
Englisch (WiSe), Deutsch (SoSe)
Murmelbahn
Im Rahmen der Embedded Systems and Security Übung programmieren die Studierenden eine Fernsteuerung auf einem Infineon XMC4500 Relax Lite Board für die Murmelbahn im Video. Bei einer erfolgreichen Authentifizierung können die Studierenden die Bahn von ihrem Board auslösen.
Alternativ kann die Murmelbahn durch das brechen einer 16 Bit Mini RSA Verschlüsselung gestartet werden.
Sie ist erreichbar unter http://10.152.249.7/ (innerhalb des TUM Netzwerks)
Infineon XMC4500 Relax Kit
