确保实时操作系统（RTOS）设备中的数据安全​

1月28日大家庆祝了数据保护日，这是一项旨在促进保护数据隐私和安全的国际活动。为了提高人们对数据保护的意识，讨论实时操作系统中数据安全的问题势在必行。目前非常规操作系统已被广泛使用，所以了解这一系统非常重要，尤其是涉及到保护数据存储和传输的时候。​

什么是实时操作系统？​

实时操作系统 (RTOS) 是用于实时应用程序的操作系统。与Unix不同，它在管理系统资源共享时不会使用调度程序、数据缓冲区和固定任务优先级，反而会严格限制时间，确保任务或流程在预期时间内完成。​

RTOS 系统具有抢占式和事件驱动的特点。处理任务不是基于时钟中断和其他因素，而是优先级。如果面临多个竞争任务，实时操作系统可以确定相对优先级，以确保首先完成优先级任务。系统用户可以自行设置任务紧急性。​

RTOS 操作系统常用于嵌入式系统、工业自动化系统和一些应用程序。这些应用程序通常需要确定性操作，并在给定时间内对事件做出响应。一般来说，它们占用的空间极小且开销较低，因此非常适合嵌入式系统或是内存和处理能力有限且非常小的设备。​

RTOS 中的数据处理​

RTOS系统处理数据的方式会根据RTOS的不同而不同。目前使用的操作系统有很多，且各自有不同的处理方式。操作系统包括FreeRTOS、BeRTOS、CapROS、DNIX、eCos、embOS、EROS、FunkOS 和 LynxOS。但总的来说，RTOS操作系统是以确定性和可预测的方式处理数据。​

RTOS操作系统强调对实时性能和低延迟的需求，而数据结构正好可以满足这些需求。例如，优先级队列和循环缓冲区可以确保先进先出或FIFO处理；实时调度算法能够及时处理数据。此外，一些RTOS操作系统具有进程间通信 (IPC) 机制以及内存管理工具，从而有效管理、协调对各种任务和进程的数据访问。​

RTOS具有软架构或硬架构。软RTOS架构的运行时间为数百毫秒，通常用来传输相对较大的文件。软RTOS架构适用于基于时间且不重要的应用程序，如相机和智能扬声器。而硬架构需要相当快的处理速度（在几十毫秒内），涉及的都是较小的文件。硬架构用于飞机传感器、自动驾驶系统、心脏起搏器等医疗设备，以及时间是关键执行因素的应用。​

在任何一种架构中，可预测性和确定性都至关重要。嵌入式设备是全功能操作系统（如Linux）这类大型系统的组件。而RTOS常用于嵌入式设备，RTOS可以防止响应可变性导致的质量问题、功能障碍甚至是硬件损坏。​

RTOS中的数据安全​

保护在RTOS设备中存储和处理的数据，与在其他操作系统中的大体相似。加密可以防止在数据处于静止或传输过程中未经授权的访问；而采用密码保护、数字证书和生物特征验证等身份验证机制，可以保证只有授权用户和设备访问敏感数据。此外，还有助于根据权限、角色和访问列表精准控制访问，并且在不妨碍合理使用数据的情况下，防止不必要的访问。​

除了上文所提到的，还可以将安全引导与RTOS系统集成，这样可以保证在系统中仅执行授权的固件和软件。安装防火墙可以阻止未授权的外部网络访问。虚拟化也是RTOS数据安全选项，系统在虚拟环境运行时，可以将应用程序与存储和处理的数据相互隔离。​

当涉及到共享内存保护时，建议不要依赖传统的互斥实现，也不要使用与受保护数据分离的互斥对象，因为这样的互斥对象没有明确说明共享资源应该受到保护。更何况不能保证每人都会使用互斥对象来访问数据。因此，更好的做法是将互斥对象集成到数据结构中，并将共享内存视为对象。​

在RTOS系统中，保护数据的另一个办法是可视化系统。可视化系统可以轻松知道数据的生成位置以及传输过程。拥有数据流图可以理清复杂的数据处理过程，因为数据流图可以绘制出重要的组件，例如数据存储点、传输机制、数据生产者、消费者以及任务协调器。​

解决黑盒效应​

黑盒效应是指设备提供了有用的信息但没有生成细节。由于RTOS设备的远程监控功能非常有限甚至完全没有，所以会出现黑盒效应。黑盒无法知道设备或系统是如何受到损害的，所以对安全管理毫无帮助。而且黑盒也不会记录改进产品设计和保护数据的过程。

不过好消息是，安全公司已经开发出应对的解决方案。最著名的解决方案之一是安全和可观测性平台，该平台使用嵌入式完整性验证 (EIV) 系统，能够在运行时自动分析代码和内存，从而建立正常活动的基准并阻止尝试操纵内存和代码的行为。​

同样，由于RTOS设备的资源有限，所以无法自动运行成熟的安全解决方案。集成单独的安全和可观测性平台可以消除这一限制。这样做不仅可以确保安全地存储和移动数据，还可以抵御其他的网络威胁，类似于扩展检测和响应 (XDR) 系统可以实现的效果。​

加密、访问控制、授权、防火墙、安全启动和虚拟化可用于保护经过RTOS设备的数据。然而，改善缺乏可观测性的低资源RTOS设备，从而加强数据安全和整体安全态势管理同样重要。​

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原文标题：Ensuring Data Security in Realtime Operating System (RTOS) Devices​

​​https://www.datasciencecentral.com/ensuring-data-security-in-realtime-operating-system-rtos-devices​​，作者：Evan Morris