Zusammenfassung
Secure Boot ist ein kryptografischer Mechanismus, der beim Systemstart die Integrität jeder Softwarekomponente überprüft und sicherstellt, dass nur digital signierte, autorisierte Firmware und Code ausgeführt werden können. Es handelt sich um eine grundlegende Sicherheitsmaßnahme für „ IoT “- und eingebettete Geräte, insbesondere in Branchen wie dem Gesundheitswesen, dem Transportwesen und der industriellen Automatisierung, in denen manipulierte Firmware lebensbedrohliche Folgen haben oder gegen gesetzliche Vorschriften verstoßen kann. Digi setzt bei Secure Boot auf TrustFence, ConnectCore-System-on-Modules und cloudbasierte Sicherheitsdienste, die das vertrauenswürdige Gerätemanagement vom ersten Entwurf bis zum gesamten Produktlebenszyklus abdecken.
- Secure Boot überprüft beim Systemstart die kryptografische Signatur jeder Softwarekomponente und verhindert so, dass nicht autorisierte oder manipulierte Firmware ausgeführt wird.
- Es schafft eine Hardware-Vertrauensbasis mithilfe von Schlüsseln, die bei der Herstellung fest in das Gerät eingebrannt werden, und bildet so eine unveränderliche Grundlage, die durch Angriffe auf Softwareebene nicht kompromittiert werden kann.
- Die Aktivierung des Secure Boot wird zunehmend durch Vorschriften wie den EU-Cyber-Resilience-Act und das Cybersicherheits-Rahmenwerk „ IoT “ des NIST vorgeschrieben.
- Dies ist besonders kritisch bei Anwendungen im Gesundheitswesen, im Verkehrswesen, in der Industrie und im Bereich „Smart City“, wo kompromittierte Firmware Menschenleben gefährden oder kritische Infrastrukturen lahmlegen kann.
- Secure Boot ist ein Ausgangspunkt, keine vollständige Strategie – es muss mit verschlüsseltem Speicher, sicheren OTA-Updates und einer kontinuierlichen Überwachung über den gesamten Lebenszyklus eines Geräts hinweg kombiniert werden.
- Digi unterstützt Secure Boot über TrustFence, ConnectCore-Module mit integrierter Hardware-Vertrauensbasis sowie ConnectCore Security Services für die kontinuierliche CVE-Überwachung und SBOM-Analyse.
Was ist „Secure Boot“ und warum ist es für die Sicherheit von „ IoT “ so wichtig?
Wenn Sie vernetzte Geräte unter Berücksichtigung aktueller Sicherheitsempfehlungen entwickeln, fragen Sie sich vielleicht: Was ist „Secure Boot“? In diesem Blogbeitrag erläutern wir, was es ist, wie es funktioniert, warum es wichtig ist und was es für Ihre Implementierung bedeutet.
Was versteht man also unter „Secure Boot“ und wie fügt es sich in die Architektur eines Embedded-Designs ein, um vernetzte Geräte während ihres gesamten Lebenszyklus vor Manipulationen zu schützen? Im Wesentlichen fungiert „Secure Boot“ bei jedem Systemstart als Gatekeeper und lässt nur verifizierte Software auf Ihrem Gerät laufen. Dieser entscheidende Prozess stellt sicher, dass jedes Mal, wenn Ihr Produkt online geht, ausschließlich authentifizierte, digital signierte Firmware, Betriebssysteme und Software geladen werden dürfen, was dazu beiträgt, Systeme vor Low-Level-Bedrohungen wie Bootkits und Pre-OS-Malware zu schützen.
IoT Sicherheit beginnt bereits, bevor auch nur eine einzige Anwendung ausgeführt wird. Sie beginnt bereits bei der ersten Konzeption. Die Planung, Prototypenentwicklung und Herstellung eines vernetzten Produkts muss heutzutage die Integration eines sicheren Startvorgangs (Secure Boot) beinhalten – nicht nur zur Gewährleistung der Sicherheit Ihrer Lösungen im Einsatz, sondern auch als Teil einer Strategie, um sicherzustellen, dass Ihre Produkte den Sicherheitsvorschriften wie dem EU-Cybersicherheitsgesetz (CRA) entsprechen.
Lesen Sie weiter, um mehr über Secure Boot zu erfahren, wie es sich im Vergleich zu ähnlichen Sicherheitsmaßnahmen verhält, welche Herausforderungen bei der Implementierung häufig auftreten und wie die Lösungen von Digi ein vertrauenswürdiges Gerätedesign vom Chip bis zur Cloud unterstützen.
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Das wachsende Sicherheitsrisiko beim Hochfahren von Geräten
Der Systemstart ist eine der am häufigsten ausgenutzten Angriffsflächen beider Sicherheit von Geräten mit „ IoT “. Bevor das Betriebssystem geladen wird und bevor ein Überwachungsagent aktiv ist, läuft die Startsequenz in einem weitgehend ungeschützten Zustand ab, was sie zu einem bevorzugten Ziel macht. Laut dem „2025 Cyber Threat Report“ von SonicWall stiegen die Angriffe auf „ IoT “ im Jahr 2024 um 124 %. Ungepatchte Firmware ist laut der „ IoT Security Foundation“ für 60 % der Sicherheitsverletzungen bei „ IoT “-Geräten verantwortlich. In groß angelegten oder Remote-Bereitstellungen, bei denen Geräte unter Umständen jahrelang unberührt bleiben, kann eine kompromittierte Startsequenz die Vertrauenswürdigkeit, Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Geräte unbemerkt untergraben, ohne dass die zuständigen Teams dies bemerken.
Was ist Secure Boot?
„Secure Boot“ ist ein Sicherheitsmechanismus, der die Integrität und Authentizität jeder beim Systemstart ausgeführten Softwarekomponente überprüft, bevor deren Ausführung zugelassen wird. Anstatt davon auszugehen, dass die Firmware oder der Bootloader vertrauenswürdig sind, verlangt „Secure Boot“ einen kryptografischen Nachweis: Jede Komponente muss eine gültige digitale Signatur einer vertrauenswürdigen Zertifizierungsstelle enthalten. Kann diese Signatur nicht verifiziert werden, wird der Code nicht ausgeführt. Damit bildet „Secure Boot“ die grundlegendste Ebene der Sicherheit von „ IoT “-Geräten und stellt sicher, dass nur autorisierte, unveränderte Software ein Gerät in Betrieb nehmen kann.
Secure Boot im Vergleich zu verwandten Sicherheitskonzepten im Bereich „ IoT “
Was unterscheidet „Secure Boot“ von ähnlichen Sicherheitsmaßnahmen? Diese Unterschiede sind für den Aufbau eines umfassenden Schutzkonzepts von Bedeutung.
- Secure Boot vs. sichere Firmware-Updates: Secure Boot überprüft den Code beim Systemstart; sichere Firmware-Updates überprüfen den per OTA bereitgestellten Code vor der Installation. Beide Verfahren nutzen die Signaturprüfung, jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Lebenszyklus. Sie benötigen beides.
- Secure Boot vs. Verschlüsselung im Ruhezustand: Die Verschlüsselung im Ruhezustand schützt gespeicherte Daten vor unbefugtem Zugriff; Secure Boot verhindert die Ausführung von nicht autorisiertem Code. Unterschiedliche Bedrohungen erfordern unterschiedliche Schutzmaßnahmen.
- Secure Boot vs. Geräteauthentifizierung: Bei der Geräteauthentifizierung wird die Identität eines Geräts gegenüber einem Netzwerk nachgewiesen. Secure Boot stellt sicher, dass die auf diesem Gerät ausgeführte Software vertrauenswürdig ist. Beide sind unverzichtbare Säulen einer umfassenden Sicherheit im Bereich „ IoT “.
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Was bewirkt Secure Boot?
Was bewirkt „Secure Boot“ beim Hochfahren des Geräts? Es führt kryptografische Prüfungen für jede geladene Komponente durch, vom Bootloader auf der untersten Ebene bis hin zum Betriebssystem. Was geschieht, wenn eine Prüfung fehlschlägt? Die Ausführung wird vollständig unterbrochen. Jeder Verifizierungsschritt baut auf dem vorherigen auf und bildet so eine durchgängige Vertrauenskette, die die Ausführung von nicht autorisiertem Code verhindert. In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Komponenten näher erläutert.
Hardware-Vertrauensbasis
Jede Secure-Boot-Implementierung beginnt mit einer Hardware-Vertrauensbasis, d. h. kryptografischen Schlüsseln oder Hashwerten, die bei der Herstellung dauerhaft in die Hardware des Geräts eingebrannt werden, in der Regel in einmalig programmierbaren Fuses. Da diese Werte in der Hardware und nicht in der Software gespeichert sind, können sie von einem Angreifer mit Zugriff auf den Flash-Speicher nicht verändert werden. Dieser unveränderliche Anker verleiht dem sicheren Systemstart seine grundlegende Glaubwürdigkeit.
Überprüfung kryptografischer Signaturen
Secure Boot nutzt die Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln, um die digitale Signatur jeder Komponente vor der Ausführung zu überprüfen. Die Firmware wird mit einem privaten Schlüssel signiert, der sich im Besitz des Herstellers befindet; der entsprechende öffentliche Schlüssel ist in der Hardware gespeichert. Stimmt die Signatur nicht überein – sei es, weil der Code verändert oder ersetzt wurde –, schlägt die Überprüfung fehl und die Ausführung wird gestoppt, wodurch manipulierte oder schädliche Firmware blockiert wird.
Vertrauenskette vom Bootloader bis zum Betriebssystem
Secure Boot stellt eine lückenlose Vertrauenskette her: Die Hardware-Vertrauensbasis überprüft den Bootloader der ersten Stufe, dieser wiederum den Bootloader der zweiten Stufe, der wiederum den Kernel überprüft und so weiter. Jede Stufe authentifiziert die nächste. Wenn ein Glied der Kette die Validierung nicht besteht, wird der Vorgang abgebrochen; eine Kompromittierung kann sich nicht weiter durch die sichere Startsequenz ausbreiten.
Was passiert, wenn die Überprüfung fehlschlägt?
Wenn Secure Boot Software-Elemente erkennt, die nicht verifiziert werden können, weigert sich das Gerät, den Startvorgang abzuschließen. Je nach Konfiguration wechselt es möglicherweise in den Wiederherstellungsmodus, gibt eine Warnmeldung aus oder wird vollständig angehalten. Dies ist beabsichtigt: Ein Gerät, das nicht hochfährt, ist weitaus sicherer als eines, auf dem kompromittierte Firmware läuft – auch wenn dies zu einer vorübergehenden Betriebsunterbrechung führt.
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Warum Secure Boot für „ IoT “ und eingebettete Systeme unverzichtbar ist
Secure Boot ist besonders wichtig für „ IoT “-Geräte und eingebettete Systeme, da diese Geräte unbeaufsichtigt, in großem Maßstab und in abgelegenen Umgebungen betrieben werden, in denen eine physische Sicherheitsüberwachung nicht praktikabel ist. Ein „ IoT “-Gerät in einem Umspannwerk oder einem Schaltschrank kann jahrelang ohne physischen Zugriff laufen. Durch die Aktivierung des Secure Boot wird sichergestellt, dass das Gerät die Ausführung nicht autorisierter Software verweigert, selbst wenn ein Angreifer physischen Zugriff erlangt oder Code über einen kompromittierten Update-Kanal einschleust. Über die Risikominderung hinaus unterstützt Secure Boot die Einhaltung neuer Vorschriften, darunter das EU-Gesetz zur Cyber-Resilienz (Cyber Resilience Act) und das Cybersicherheits-Rahmenwerk „ IoT “ des NIST.
Häufige Herausforderungen bei der Aktivierung von Secure Boot
Die Implementierung von Secure Boot in realen Embedded-Produkten ist keine einfache Angelegenheit. Wer die Fallstricke frühzeitig erkennt, vermeidet kostspielige Neukonstruktionen.
- Hardware-Einschränkungen: Nicht alle SoCs unterstützen die für eine Hardware-Vertrauensbasis erforderliche kryptografische Hardware. Es ist unerlässlich, die Sicherheit der Hardware bereits in der Entwurfsphase zu prüfen, anstatt sie erst später nachzurüsten. Plattformen wie Digi ConnectCore bieten diese Unterstützung standardmäßig.
- Schlüsselverwaltung: Um Secure Boot korrekt einzurichten, müssen kryptografische Signaturschlüssel für den gesamten Produktlebenszyklus generiert und geschützt werden. Verlorene oder kompromittierte Schlüssel können zukünftige Firmware-Updates unmöglich machen.
- Komplexität im Lebenszyklus: Teams, die Secure Boot erst im Nachhinein berücksichtigen, stellen fest, dass die nachträgliche Implementierung in einer bereits im Einsatz befindlichen Geräteflotte unzumutbar komplex ist. Planen Sie dies bereits in der Architekturphase ein, nicht erst zum Zeitpunkt der Auslieferung.
Befolgen Sie die Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Aktivierung des Secure Boot auf den Modulen „ Digi ConnectCore “.
Wann Secure Boot am wichtigsten ist
Zwar gilt „Secure Boot“ als bewährte Vorgehensweise für jedes vernetzte Gerät, doch in bestimmten Umgebungen ist es unverzichtbar. In Branchen, in denen eine Kompromittierung von Geräten Menschenleben gefährden, kritische Infrastrukturen lahmlegen oder rechtliche Haftungsfolgen nach sich ziehen kann, ist „Secure Boot“ eine unverzichtbare Designanforderung.
Öffentliche Infrastruktur und Smart Cities
Verkehrsmanagementsysteme, Steuerungen für Versorgungsnetze und die Infrastruktur von Smart Cities sind rund um die Uhr in Betrieb und wirken sich unmittelbar auf die öffentliche Sicherheit aus. Ein manipuliertes Gerät in einem Ampelnetzwerk oder einer Netzsteuerung kann gefährliche Situationen in der realen Welt hervorrufen. Secure Boot stellt sicher, dass Smart-City-Geräte ausschließlich verifizierten und autorisierten Code ausführen, wodurch sowohl die Verfügbarkeit als auch die öffentliche Sicherheit gewährleistet werden.
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Verkehrssysteme
Vernetzte Verkehrssysteme – von der Flottentelematik bis hin zur Bahnkommunikation – sind auf Geräte angewiesen, die absolut zuverlässig funktionieren. Unbefugte Softwareänderungen in einem Verkehrsleitsystem können Sicherheitsrisiken verursachen oder den Betrieb für Tausende von Fahrgästen unterbrechen. Secure Boot ist eine zentrale Anforderung an die Gerätesicherheit IoT für jeden Einsatz im Verkehrsbereich.
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Industrielle Steuerung und Automatisierung
In industriellen Umgebungen werden vernetzte Geräte zur Steuerung physikalischer Prozesse eingesetzt, darunter Maschinen, Motoren, Ventile und Sensoren, wobei manipulierte Boot-Software gefährliche Ausfälle oder Produktionsstillstände auslösen kann. Die Folgen einer manipulierten Firmware auf einer SPS oder einem industriellen Gateway gehen über finanzielle Verluste hinaus und betreffen auch die Betriebssicherheit.
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Medizinische und regulierte Umgebungen
Medizinprodukte unterliegen strengen regulatorischen Anforderungen hinsichtlich der Softwareintegrität, einschließlich der Cybersicherheitsrichtlinien der FDA. Ein Gerät, das seine Software beim Start nicht überprüfen kann, kann weder die Patientensicherheit noch die Einhaltung der Vorschriften gewährleisten. Secure Boot unterstützt die Anforderungen an die Validierung und Nachvollziehbarkeit der Sicherheit von Medizin IoT geräten in jeder Phase.
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Secure Boot als Teil einer umfassenden Gerätesicherheitsstrategie
Secure Boot ist der Ausgangspunkt, nicht das Ziel. Um ein vernetztes Gerät umfassend zu schützen, sind Sicherheitsmaßnahmen über den gesamten Lebenszyklus hinweg erforderlich – vom Entwurf über die Bereitstellung und OTA-Updates bis hin zum Ende der Lebensdauer. Digi bietet ein integriertes Portfolio, mit dem sich Secure Boot zusammen mit verschlüsseltem Speicher, authentifizierten Firmware-Updates und kontinuierlicher Fernüberwachung praktisch umsetzen lässt.
Digi TrustFence
Digi TrustFence ist das integrierte „ IoT “-Sicherheitsframework von Digi, das Secure Boot, verschlüsselten Speicher, Geräteidentität und Zugriffskontrolle in einer einheitlichen Plattform vereint. TrustFence ist in die „ Digi ConnectCore “-Module integriert und macht den Aufbau einer Sicherheitsinfrastruktur von Grund auf überflüssig, wodurch die Aktivierung von Secure Boot in Produktionshardware vereinfacht wird.
Digi ConnectCore
Digi ConnectCore Die System-on-Modules verfügen über ein vollständig integriertes Digi TrustFence, das eine Hardware-Vertrauensbasis, kryptografische Fuses und Unterstützung für Secure Elements bietet – kombiniert mit Open-Source-Linux-Tools, mit denen sich Secure Boot bereits ab dem ersten Tag der Produktentwicklung einrichten lässt.
Digi ConnectCore Cloud-Dienste
Digi ConnectCore Cloud Services ergänzt den sicheren Systemstart über die gesamte Lebensdauer eines Geräts hinweg und ermöglicht sichere OTA-Firmware-Updates, Konfigurationsüberwachung, automatisierte Konformitätsprüfungen sowie Sicherheitswarnungen für Tausende von im Einsatz befindlichen Geräten, wodurch das beim sicheren Systemstart aufgebaute Vertrauen kontinuierlich aufrechterhalten wird.
Digi ConnectCore Sicherheitsdienste
Digi ConnectCore Die Sicherheitsdienste gewährleisten Schutz über den Startvorgang hinaus durch kontinuierliche SBOM-Analysen, CVE-Scans und sorgfältig zusammengestellte Schwachstellenberichte, die in die Digi Embedded Yocto-Build-Umgebung integriert sind. So erhalten Teams einen kontinuierlichen Überblick darüber, welche Komponenten ausgeführt werden und ob diese auch nach der Bereitstellung weiterhin sicher sind.
Wie Digi Secure Boot und Trusted Device Foundations unterstützt
Secure Boot ist kein einfaches Ankreuzfeld. Es ist eine Verpflichtung zu Geräten, denen man von ihrem allerersten Befehl an vertrauen kann. Digi vereint die Hardware, Software und Cloud-Tools, die erforderlich sind, um Secure Boot zu implementieren und dieses Vertrauen auch in den anspruchsvollsten Umgebungen in großem Maßstab aufrechtzuerhalten. Ganz gleich, ob es um die Entwicklung eines neuen Produkts oder die Absicherung einer bestehenden Geräteflotte geht – der integrierte Ansatz von Digi, der Software und Lösungen wie TrustFence, ConnectCore und die „Digi ConnectCore “-Sicherheitsdienste umfasst, trägt dazu bei, die Komplexität zu reduzieren, die die „ IoT “-Sicherheit für OEMs zu einer Herausforderung macht.
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Häufig gestellte Fragen zu Secure Boot
Welche Funktion hat „Secure Boot“ bei Geräten mit „ IoT “?
Secure Boot überprüft die kryptografische Signatur jeder Komponente – einschließlich Bootloader, Kernel und Software –, bevor deren Ausführung beim Systemstart zugelassen wird. Sollte eine Komponente manipuliert worden sein, verhindert Secure Boot, dass das Gerät den Startvorgang abschließt, und gewährleistet so die Softwareintegrität, indem es Angreifern die Ausführung von nicht autorisiertem Code verwehrt, selbst wenn diese physischen Zugriff erlangt haben.
Sollte „Secure Boot“ auf „ IoT “-Geräten und eingebetteten Geräten aktiviert werden?
Ja. Die Aktivierung des Secure Boot ist eine grundlegende Best Practice für jedes „ IoT “-Gerät in einer vernetzten, geschäftskritischen oder regulierten Umgebung. Vorschriften wie der EU-Cyber-Resilience-Act und die Cybersicherheitsrichtlinien des NIST „ IoT “ betrachten dies zunehmend als Mindestanforderung. Bei Einsätzen im Gesundheitswesen, in der Industrie und im Transportwesen ist die Aktivierung des Secure Boot eine Selbstverständlichkeit und keine Option.
Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung finden Sie unter docs.digi.com
Wie kann man überprüfen, ob „Secure Boot“ aktiviert ist?
Um zu überprüfen, ob Secure Boot auf einem Gerät mit „ Digi ConnectCore “ aktiviert ist, führen Sie den Befehl „TrustFence status“ über die U-Boot-Konsole aus. Dieser gibt Auskunft darüber, ob die OTP-Schlüsselsicherungen programmiert und gesperrt sind und ob sich das Gerät im offenen oder geschlossenen (erzwungenen) Zustand befindet. Auf anderen Plattformen variiert die Vorgehensweise zur Überprüfung, ob Secure Boot aktiviert ist. Lesen Sie dazu die Dokumentation Ihres SoC-Anbieters.
Inwiefern unterscheidet sich „Secure Boot“ von „Secure Startup“?
Was ist „Secure Boot“ im Vergleich zu „Secure Startup“? „Secure Startup“ umfasst im weitesten Sinne alle Schutzmaßnahmen während der Initialisierung eines Geräts, wie beispielsweise Selbsttests beim Einschalten, Hardwareprüfungen und die Überprüfung der Konfiguration. „Secure Boot“ ist dabei der kryptografische Teilbereich: die Überprüfung digitaler Signaturen von Software vor deren Ausführung. Es ist die wichtigste Komponente jeder Strategie für einen sicheren Systemstart, doch ein umfassender Ansatz beinhaltet auch eine Hardware-Vertrauensbasis und Manipulationserkennung.