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时刻保持安全

作者： Richard Nass 2020-01-22

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工程

嵌入式处理

安防

IoT 物联网

半导体与开发工具

系统会关机。有时是出于维护、省电或其他原因，您希望系统关机。有时，它们会在您不希望时关机，而这就是您要尽量避免的事情。最重要的是，这种现象不能发生在系统正在开机或关机的时候，因为此时的安全性可能会在无意中变得更加松懈。

在一切正常的情况下，如何保证系统的安全性会有完善的记录。但是，当系统开机或关机时，情况不一定如此，尤其是在计划外断电的情况下。那么，在这些不幸的情况下您会怎么做？

简单的答案是确保您采用包含所有最新安全功能的 MCU 进行设计。更难的部分是确定情况是否确实如此，因为随着恶意人士似乎每时每刻都变得越来越狡猾，标准和功能的变化非常快。要了解有关此技术的更多信息，请阅读标题为“针对物联网应用的安全微控制器剖析”的文章。

图 1：工业平台中的保护边界区域。（图片来源：Maxim Integrated Products）

在典型的“安全”设计中，所有嵌入式安全构件在一个公共边界下共同运行。在安全保护层次结构中，上层包含诸如加密和硬件安全等技术（图 1）。该边界将身份验证密钥与软件隔离开来，从而可以防止黑客发起攻击，包括在系统重新启动时可能发生的攻击。但是，如果切断了电源，则按正确的顺序启动系统至关重要；这意味着首先加载安全功能，远离窥探的“眼睛”。

来自 Renesas 的 RX 系列器件（例如 RX651 微控制器）使用信任根实现安全性。这是系统设计人员处理开机和关机问题的一种方式。通过使用该信任根，系统知道必须按特定顺序开机和关机。它读取加密的关键字，而关键字向系统的其余部分提供“警报解除”信号。

RX651 MCU 还通过集成可信安全 IP (TSIP) 和可信闪存区域保护来解决安全问题，支持通过安全网络通信在现场进行闪存固件更新。TSIP 提供了可靠的密钥管理、加密通信和篡改检测，以确保针对窃听、篡改和病毒等外部威胁提供强有力的保护。

第二种安全方法是如今非常流行的一种方法，即 Arm 的 TrustZone，它将重要的安全固件和私人信息（例如安全启动、固件更新和密钥）与应用程序的其余部分隔开。从本质上讲，它将 MCU 分为两部分，其中一部分完全安全，包含加密密钥等，另一部分则部署用于通用活动。这两个域保持隔离，因此避免了篡改。

一款利用 TrustZone 的 MCU 是 STMicroelectronics 的 STM32MP151A。该器件基于 Arm Cortex-A7 32 位 RISC 核心，工作频率高达 650 MHz，并包括 32 KB 的指令和数据缓存，以及 256 KB 的 2 级缓存。板载存储器保护单元 (MPU) 可增强应用的安全性。这是嵌入式 TrustZone 技术的补充。

第二个来源的安全性

另一个独立于 MCU 运作的器件是 Microchip 的 ATECC608A 安全元件（图 2）。该器件具有一个用于生成唯一密钥的随机数发生器 (RNG)，同时符合美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的最新要求。此外，还具有用于相互身份验证的加密加速器，例如 AES-128、SHA-256 和 ECC P-256。

图 2：Microchip 的 ATECC608A 是与 MCU 协同工作的加密协处理器。该器件提供了基于硬件的安全密钥存储。（图片来源：Microchip）

虽然该零件内置了 Hook 来支持 Microchip 广泛的 MCU 系列，但对于任何微处理器或微控制器是未知的。该器件需要功耗极低，并且在宽电压范围内只需一个 GPIO。其外形小巧（8 焊盘 UDFN 或 8 引脚 SOIC 封装），因而易于设计到电路板。

如您所见，有很多方法可以保护您的系统。请选择最适合您的应用的方法。

关于此作者

Richard Nass 的主要职责是为 OpenSystems Media 的嵌入式物联网产品组合的各个方面设定方向，具体包括嵌入式计算设计、嵌入式大学以及各种数字、其他印刷和现场活动。Nass 以前曾是 UBM 屡获大奖的《设计新闻》杂志的品牌总监。在此之前，他领导了 UBM Canon 医疗设备事业部的内容团队，并主持了所有定制产品和活动。Nass 从事工程 OEM 行业已有 30 多年。在以前的工作中，他曾领导 EE Times 的内容团队，负责过嵌入式和定制小组以及设计工程网站的 TechOnline DesignLine 网络。Nass 拥有新泽西理工学院电子工程学士学位。