IOT-Sicherheitsmodule: Modulare Hardware für Software-Ingenieure

Vom Leiterplattenentwurf, entworfenen in CircuitStudio, zum fertigen Zymbit-Produkt

Das Internet der Dinge – große Versprechen oder große Probleme?

Bis 2023 wird das Internet der Dinge (IoT) 50 Mrd. vernetzte Geräte umfassen, die einen wirtschaftlichen Wert von 8 Bio. US-Dollar erwirtschaften!

Das ist um Größenordnungen größer und komplexer als alles, was wir bisher gesehen haben, und die derzeitigen Prozessmodelle für die Entwicklung, Bereitstellung, das Gerätemanagement und die IoT-Sicherheit lassen sich nicht ohne weiteres auf diese neue (Un-)Ordnung der Welt übertragen. Neue Produkte, neue Werkzeuge und neue Entwicklungsmethoden sind erforderlich.

Diese Herausforderung gilt insbesondere für die Sicherheit von IoT-Geräten, die, wenn sie nicht korrekt ausgeführt wird, erhebliche negative Auswirkungen auf die Wirtschaft, das Leben, die nationale Sicherheit, politische Ergebnisse und vieles mehr haben kann.

In CircuitStudio entworfene Zymbit-Sicherheitsmodule

Entwicklung von 50 Mrd. Geräten

Im Gegensatz zu Mobiltelefonen oder PCs, die für die Massenproduktion in Milliarden-Stückzahlen ausgelegt sind, besteht das IoT aus einem sich ständig weiterentwickelnden Universum heterogener Komponenten, von denen jede eine spezielle IoT-Anwendung oder einen speziellen Bedarf mit spezifischer Auslegung der CPU, Anschlüsse und Kommunikationsschnittstellen, Energieversorgung, Gehäusen usw. abdeckt.

Die Entwicklung, Konstruktion, Konformitätsprüfung und Fertigung all dieser verschiedenen Geräte ist eine Mammutaufgabe, die im nächsten Jahrzehnt vermutlich noch weiter anwachsen wird, da sich die Geschäftsmodelle, Technologien und Lieferketten ständig weiterentwickeln. Notwendig ist ein agilerer und effizienterer Entwicklungsprozess, insbesondere für Hardware – was bekanntlich nicht ganz einfach ist.

Mehr modulares Design in Sicht

Der logische Weg, um mit dieser Vielzahl von Anforderungen umzugehen, ist die Verwendung modularer Designs, die von Systemingenieuren und Integratoren effizient in großem Umfang angepasst werden können, ohne dass spezielle Kenntnisse der zugrunde liegenden Module erforderlich sind.  

Die erste Welle von IoT-Projekten wurde durch modulare Hardware- und Software-Ökosysteme vorangetrieben, die sich auf kostengünstige Einplatinencomputer konzentrieren. Im Zuge des Übergangsprozesses von Machbarkeitsstudien über Pilotprojekte bis hin zum Masseneinsatz wird eine Sicherheitslösung weiterhin lose Integrationen von Standardmodulen enthalten, während einige Projekte bereits zu höher-integrierten kundenspezifischen Boards und System-on-Modul-(SOM)-Lösungen übergehen werden. Um an der rasanten Entwicklung von IoT-Geräten teilhaben zu können, ist es wichtig, über Designtools zu verfügen, die diese Veränderungen unterstützen. Und noch wichtiger ist, dass diese Werkzeuge auch für Nutzer zur Verfügung stehen, die keine Poweruser sind: Integratoren, Systemingenieure und vor allem Softwareingenieure.

Modulare Hardware für Software-Ingenieure

Modulare Einplatinencomputer

Am 29. Februar 2012 wurde der Raspberry Pi, der auf einer Broadcom-CPU basiert, als Einplatinen-Lerncomputer mit einem anfänglichen Verkaufsziel von 10.000 Stück vorgestellt. Sechs Jahre später waren bereits mehr als 15 Mio. Exemplare für alle möglichen professionellen Anwendungen verkauft: von industriellen Steuerungen über digitale Anzeigen bis hin zu forensischen Sicherheitstools. Das leistungsfähige Pi-Ökosystem, bestehend aus modularem Software- und Hardware-Zubehör, ist weitergewachsen und steht Entwicklern auf der ganzen Welt zur Verfügung. Dazu kommen Einplatinencomputer mit alternativen CPUs von Herstellern wie Rockchip, Intel und Samsung, die elektrisch und mechanisch weitgehend mit der Pi-Familie kompatibel sind.

Alternative Ökosysteme wie Beaglebone, Qualcomm, Odroid, Asus und Arduino sorgen für einen lebendigen Markt, der IoT-Entwicklern eine große Auswahl an modularen Komponenten bereitstellt.

Modulare Sicherheit für IoT-Geräte

Sicherheit ist oft das Letzte, worauf Softwareentwickler achten, wenn sie einen Prototypen im größeren Rahmen in Betrieb nehmen. Dadurch wird die nachträgliche Integration von kryptografischen Authentifizierungslösungen auf Chipebene bestenfalls mühsam und oft ohne eine Umgestaltung von Hardware und Software unmöglich.

Zymbit erkannte den Bedarf an einem Hardware-Sicherheitsmodul, das sowohl Software- als auch Hardware-Entwickler nachträglich in den Entwicklungsprozess integrieren können, mit führenden Einplatinencomputern und Software-Services zusammenarbeitet und vollständige Cyber- und physikalische Sicherheit im Bezug auf geistiges Eigentum, Daten und Zugangsberechtigungen bietet.  

Zymbit-Sicherheitsmodule

Die neuen Sicherheitsmodule von Zymbit bieten sowohl digitale als auch physische Sicherheit für IoT-Geräte und erschweren den Angriff auf diese Geräte jenseits des Schutzes einer Firewall. Sie funktionieren mit einer Reihe von Einplatinencomputern und werden durch Entwickler-Kits (ebenfalls in CircuitStudio entworfen) und Schutzgehäuse (in SolidWorks entworfen) unterstützt.

Zymbit Sicherheitsmodule: einfach zu integrieren, schwer zu überwinden

Ein gestraffter Arbeitsablauf – vom PCB-Design zum ersten Produkt in weniger als 6 Wochen.

Die Ingenieure von Zymbit nutzten die DRC- und 3D-Modellierungsfunktionen in CircuitStudio, um erste Prototypen zu erstellen, die funktionsfähig und quasi produktionsreif waren.   

Zymbit nutzte CircuitStudio, um eine neue Klasse von IoT-Sicherheitsmodulen zu entwickeln, die einfach zu integrieren und schwer zu überwinden sind.

Einfache mechanische Integration – Export von STEP-Dateien aus SolidWorks

Ein wesentliches Merkmal der Zymbit-Sicherheitsmodule ist ihre Widerstandsfähigkeit gegen physische Manipulationen. Um dies zu erreichen, war eine spezielle Gehäuseform mit besonderen Merkmalen und engen Toleranzen erforderlich. Die Möglichkeit, Zymbit-Komponenten als STEP-Dateien zu exportieren, erleichterte den Informationsaustausch mit unseren Konstrukteuren, die SolidWorks für die Konstruktion kundenspezifischer mechanischer Komponenten und die Modellierung und Visualisierung der gesamten Baugruppe in 3D verwenden.

In CircuitStudio erstellte Zymbit-Komponenten, exportiert als STEP-Dateien

Erstellen von benutzerdefinierten Komponenten – eine einfache Möglichkeit, Module zwischen Designteams und Kunden auszutauschen 

Zymbit-Sicherheitsmodule werden mit anderen Modulen von Drittanbietern kombiniert, um komplette IoT-Lösungen zu schaffen. Die Möglichkeit, Sicherheitsmodule als Bauteil zu handhaben, macht den Integrationsprozess wesentlich effizienter, konsistenter und ermöglicht eine einfache Skalierung zwischen Designteams an verschiedenen Standorten. So können Komponenten den Footprint, elektrische und mechanische 3D-Attribute enthalten, die gemeinsam genutzt werden können, ohne dass die zugrunde liegenden Designdetails preisgegeben werden.

Vollständige Systemintegration – modulare Systeme

Die Zusammenführung von Zymbit-Komponenten mit elektrischen und mechanischen Bauteilen von Drittanbietern ist der letzte Schritt zur Schaffung sicherer und funktionaler Produkte. Schließlich entsteht kein wirkliches System, wenn nicht alles ineinandergreift.

Von Zymbit entwickelte Komponenten, integriert mit kundenspezifischen mechanischen Bauteilen und Systemkomponenten von Drittanbietern

Mehrere Module integriert in ein kohärentes und sicheres System

Dinge sicher machen – leicht gemacht mit Zymbit Sicherheitsmodulen

Neue Technologien und Prozesse erscheinen zu Beginn immer groß und abschreckend. Glücklicherweise wird mit der Weiterentwicklung von Tools und Ökosystemen die Aufgabe des Produktdesigns und der Integration einfacher und schneller. Mit den Sicherheitsmodulen von Zymbit und den Design-Tools von CircuitStudio

Mit den intuitiven, benutzerfreundlichen Werkzeugen für modulare Entwürfe sind Sie in der Lage, jede benutzerdefinierte Komponente und Modulerstellung sicher zu bewältigen. Zymbit und CircuitStudio erleichtern die Zusammenarbeit von Mechanik- und Systemdesignern mit SolidWorks und die nahtlose Übergabe von Projekten an professionelle CircuitStudio-Teams rund um den Globus.   

Wenn Sie daran interessiert sind, Zymbits modulare Sicherheitsdesigns auszuprobieren, dann besuchen Sie https://www.zymbit.com/engineered-solutions/.

Vielen Dank an Phil Strong und das Team von Zymbit für diesen Beitrag.