芯片安全設計技術3

• • • 一、硬件安全解決方案
    • • • 1. 為什么需要硬件安全
        • 2. 傳統安全解決方案對比
        • 3. SoC安全解決方案
    • 二、Root of Trust（信任根）
    • • • 1. 信任根（RoT）是建立信任鏈的來源，也是SoC中安全根基
        • 2. 安全啟動
        • 3. 密鑰管理
    • 三、關鍵安全模塊
    • • • 1. MPU/MMU
        • 2. Crypto Engine
        • 3. Detector
        • 4. Storage Protection Unit
        • 5. Bus Protection Unit
        • 6. Secure Processor
    • 四、安全系統的應用—— 智能電表
    • 五、總結

一、硬件安全解決方案

1. 為什么需要硬件安全

安全是系統級的，如果只是軟件進行安全防護，那么無法建立強有力的信任根

Crypto Engine只是解決了密碼計算問題，只是單純的拼湊組合是無法組成安全系統的

各種高等級的認證要求底層的核心安全，密碼實現需要由硬件來完成參與

2. 傳統安全解決方案對比

三種方法：MCU，TEE，SE
方案無好壞之分，只有是否符合系統的應用場景來選擇解決方案

3. SoC安全解決方案

將傳統的SE的功能集成到SoC中，避免了板級走線帶來的安全風險

避免了外部的數據傳輸性能的瓶頸，可以作為加速器使用

無需額外的芯片，降低了整體成本

目前手機AP廠商大多數使用該解決方案

二、Root of Trust（信任根）

1. 信任根（RoT）是建立信任鏈的來源，也是SoC中安全根基

其涉及安全啟動、密鑰管理兩部分

2. 安全啟動

硬件負責初始化安全啟動過程中需要使用的模塊，例如隨機數發生器、安全傳感器、NVM控制器等

CPU從自身ROM中讀取一級啟動代碼，對外部的二級Bootloader 進行解密和驗簽，確保二級Bootloader的完整性和認證性

3. 密鑰管理

保護密鑰的機密性，密鑰一般存儲在NVM中

確認密鑰的完整性

提前考慮各種角色，確保在實際場景中的可用性

結合芯片生命周期管控燒寫、使用、debug相關權限

三、關鍵安全模塊

1. MPU/MMU

訪問地址、權限隔離

2. Crypto Engine

提供各種秘鑰運算的支持

提升秘鑰運算的性能和安全性

避免軟件可以訪問關鍵秘鑰，高等級的安全認證密鑰硬件化

3. Detector

探測環境的異常變化
當在攻擊硬件時，可能需要通過升壓，提高頻率等措施，而當SoC系統中存在這些監控異常變化時，能夠及早的預防這些異常變化，從而保護硬件安全。

4. Storage Protection Unit

保護存儲單元內的數據，地址總線和數據總線都需要加密、加擾

5. Bus Protection Unit

保護總線上傳輸的信息，地址和數據都需要加擾(實時性比較高，一般只做加擾)

6. Secure Processor

利用Memory Tagging等技術防止關于Memory的攻擊

利用Time constant計數防止Timing Attack

四、安全系統的應用—— 智能電表

智能電表是IoT典型安全敏感應用

智能電表處于一個開放的不可控的環境下

只能電表覆蓋量極大，并且與基礎民生相關，有著很高的價值

智能電表是一個典型的基于MCU的SoC芯片，SoC中有著很多的防護措施保護RoT和運行安全

五、總結

安全系統方案多種多樣，根據實際業務場景進行選擇

單一模塊無法保證系統安全，系統安全需要從硬件、軟件、生產和使用統籌考慮

RoT需要由硬件來實現從而達到不可篡改的特性

隨著新興行業（IoT,5G）的發展，硬件安全的重視程度逐漸提升

總結

以上是生活随笔為你收集整理的硬件安全技术——芯片安全设计技术3的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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