航芯技術(shù)分享 | ACM32 MCU安全特性概述

發(fā)布時(shí)間:2022-04-25

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能化產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，信息安全問(wèn)題也日漸受到關(guān)注。因此，通用安全MCU產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生，能夠更好地幫助客戶(hù)在其產(chǎn)品設(shè)計(jì)中加強(qiáng)安全性，助力IoT的應(yīng)用創(chuàng)新。

本文將詳細(xì)介紹上海航芯ACM32 MCU的安全特性。

安全啟動(dòng)與安全更新

上海航芯MCU提供安全啟動(dòng)與安全更新參考實(shí)現(xiàn)，具體可見(jiàn)對(duì)應(yīng)的軟件包。安全啟動(dòng)與安全更新利用芯片的硬件安全特性來(lái)保證啟動(dòng)代碼和更新固件不被篡改，啟動(dòng)入口唯一。

存儲(chǔ)保護(hù)

存儲(chǔ)保護(hù)主要就是保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)的代碼和數(shù)據(jù)不被篡改以及非法獲取，主要需要抵抗三個(gè)方面的攻擊，軟件攻擊、非侵入式攻擊和侵入式攻擊。

? 軟件攻擊主要包括通過(guò)調(diào)試端口訪問(wèn)數(shù)據(jù)，軟件漏洞和緩沖區(qū)溢出等；

? 非侵入攻擊主要包括通過(guò)故障注入導(dǎo)致程序和數(shù)據(jù)出錯(cuò)，以及旁路攻擊獲取敏感信息；

? 侵入式攻擊主要是通過(guò)開(kāi)蓋或者直接通過(guò)測(cè)試儀器來(lái)探測(cè)內(nèi)部信號(hào)；

針對(duì)這些攻擊，芯片主要從五個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)對(duì)，包括存儲(chǔ)區(qū)域訪問(wèn)控制、存儲(chǔ)地址加擾、數(shù)據(jù)加密和完整性校驗(yàn)以及環(huán)境檢測(cè)。

其中存儲(chǔ)區(qū)域訪問(wèn)控制包括讀保護(hù)(RDP)，寫(xiě)保護(hù)(WRP)，專(zhuān)有代碼讀保護(hù)(PCROP)，存儲(chǔ)區(qū)域權(quán)限控制以及安全存儲(chǔ)區(qū)。

具體配置可見(jiàn)《ACM32-在線編程器》：http://m.shqinye39.com/index.php/product/detail/id/44.html

? 讀取保護(hù)(RDP)是全局Flash讀保護(hù)，可保護(hù)嵌入式固件代碼，避免復(fù)制、逆向工程、使用調(diào)試工具讀出或其他方式的入侵攻擊。該保護(hù)功能在用戶(hù)下載Flash代碼后，由用戶(hù)在下載固件時(shí)自行設(shè)置。

eflash啟動(dòng)：勾選表示從eflash啟動(dòng)，未選表示從Boot模式；

SWD使能：勾選表示使能SWD功能，未選表示禁止SWD功能；

讀保護(hù)配置鎖定：勾選后，將鎖定“eflash啟動(dòng)”和“SWD使能”的設(shè)置，生效后不可再更改；反之未選則不會(huì)鎖定。

勾選或取消選擇所要配置的項(xiàng)目，點(diǎn)擊“配置”進(jìn)行操作，操作完成，將在“發(fā)送顯示區(qū)”顯示操作結(jié)果，復(fù)位或重新上電生效。

注：此配置可能會(huì)影響SWD或者BOOT功能，請(qǐng)謹(jǐn)慎操作。

? 寫(xiě)保護(hù)(WRP)用于保護(hù)指定區(qū)域Flash數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)被惡意更新或擦除。寫(xiě)保護(hù)可應(yīng)用于Flash內(nèi)指定的內(nèi)存空間。

寫(xiě)保護(hù)(WRP)后，相應(yīng)的區(qū)域?qū)⒔共翆?xiě)，片擦指令將不能使用。

在所要配置的區(qū)域，輸入“起始地址”和“操作長(zhǎng)度”，勾選“配置”按鈕，點(diǎn)擊“使能/禁止”進(jìn)行操作，操作完成，將在“發(fā)送顯示區(qū)”顯示操作結(jié)果，復(fù)位或重新上電生效。

若操作范圍超過(guò)eflash最大長(zhǎng)度，或要使能的兩個(gè)區(qū)域地址重疊，將報(bào)錯(cuò)。

注：使能/禁止后，立即寫(xiě)入相應(yīng)NVR，讀取配置為操作后的設(shè)置，但需復(fù)位或重新上電方能生效。

? 專(zhuān)有代碼讀保護(hù)(PCROP)用于保護(hù)指定區(qū)域Flash代碼，保護(hù)專(zhuān)有代碼不被最終用戶(hù)代碼、調(diào)試器工具或惡意代碼所修改或讀取。

PCROP使能后，所選區(qū)域只能執(zhí)行，不能讀取和擦寫(xiě)，片擦指令將不能使用。

在所要配置的區(qū)域，輸入“起始地址”和“操作長(zhǎng)度”，勾選“配置”按鈕，點(diǎn)擊“使能/禁止”進(jìn)行操作，操作完成，將在“發(fā)送顯示區(qū)”顯示操作結(jié)果，復(fù)位或重新上電生效。

若操作范圍超過(guò)eflash最大長(zhǎng)度，或要使能的兩個(gè)區(qū)域地址重疊，將報(bào)錯(cuò)。

注：禁止PCROP區(qū)域后，此時(shí)讀取配置依然是禁止前的設(shè)置，需要將SWD使能關(guān)閉，復(fù)位或重新上電方能生效。

? 存儲(chǔ)區(qū)域權(quán)限控制利用內(nèi)核本身自帶的MPU單元，這個(gè)單元可以劃分出幾個(gè)region，每個(gè)region可以設(shè)置不同的訪問(wèn)屬性，配合內(nèi)核的User和Privilege模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)敏感數(shù)據(jù)的訪問(wèn)控制，使得敏感數(shù)據(jù)不能夠被惡意代碼獲取。這樣隔離能夠有效地降低軟件漏洞帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

? 安全存儲(chǔ)區(qū)可以用于保護(hù)特有的一些程序，安全存儲(chǔ)區(qū)的大小可以進(jìn)行配置，程序運(yùn)行期間可以通過(guò)寄存器打開(kāi)對(duì)這段安全存儲(chǔ)區(qū)的保護(hù)，保護(hù)使能后則無(wú)法再次訪問(wèn)其中的任何內(nèi)容。

在所要配置的區(qū)域，輸入“操作長(zhǎng)度”，點(diǎn)擊“使能/禁止”進(jìn)行操作，操作完成，將在“發(fā)送顯示區(qū)”顯示操作結(jié)果，復(fù)位或重新上電生效。若操作范圍超過(guò)eflash最大長(zhǎng)度，將報(bào)錯(cuò)。

注：使能/禁止后，立即寫(xiě)入相應(yīng)NVR，讀取配置為操作后的設(shè)置，但需復(fù)位或重新上電方能生效。

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)加密，地址加擾主要就是對(duì)片內(nèi)FLASH和SRAM上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)，并且存儲(chǔ)的地址也被串?dāng)_。針對(duì)于部分代碼和數(shù)據(jù)需要放在片外存儲(chǔ)器的情況，公司也有部分系列帶有OTFDEC（On The Fly DECryption）硬件，OTFDEC模塊在總線與OSPI之間，可以實(shí)時(shí)地解密外部Flash上的密文代碼和數(shù)據(jù)，只需要設(shè)置好相應(yīng)的區(qū)域、密鑰等，OTFDEC就可以自動(dòng)解密被訪問(wèn)的密文數(shù)據(jù)，無(wú)需額外的軟件參與解密，不需要將解密數(shù)據(jù)加載到內(nèi)部RAM，可以直接運(yùn)行片外Flash上的加密代碼。OTFDEC模塊也支持加密，但不是實(shí)時(shí)加密，數(shù)據(jù)首先被加密到RAM中，需要另外將RAM中的密文寫(xiě)回外部FLASH。

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)主要就是對(duì)存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，可以有效抵抗故障注入攻擊。

環(huán)境檢測(cè)主要是檢測(cè)芯片工作電壓是否在正常范圍，如果不在正常工作范圍則進(jìn)行報(bào)警，以抵抗電壓故障注入攻擊。

密碼學(xué)算法引擎

上海航芯MCU系列都帶有HASH，AES，TRNG和CRC硬件模塊。直接調(diào)用對(duì)應(yīng)的API函數(shù)即可使用相應(yīng)的算法功能，有效滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸及其完整性校驗(yàn)中的密碼需求。

入侵保護(hù)

入侵保護(hù)主要是芯片可以檢測(cè)遭受的物理入侵從而刪除備份寄存器中的敏感數(shù)據(jù)，從而保護(hù)芯片敏感數(shù)據(jù)不會(huì)竊取。該功能主要由RTC和備份寄存器完成。

備份寄存器處于備份域中。待機(jī)模式喚醒或系統(tǒng)復(fù)位操作都不會(huì)影響這些寄存器。只有當(dāng)被檢測(cè)到有侵入事件和備份域復(fù)位時(shí)，這些寄存器才會(huì)復(fù)位。

RTC支持兩個(gè)外部IO侵入事件檢測(cè)，并可以記錄侵入時(shí)間。并且需要輸入私鑰才允許對(duì)RTC寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作，避免攻擊者篡改RTC寄存器。

生命周期管理

生命周期管理主要針對(duì)芯片測(cè)試開(kāi)發(fā)到芯片使用階段中可能存在的一些安全風(fēng)險(xiǎn)，例如調(diào)用測(cè)試或者調(diào)試接口非法獲取數(shù)據(jù)。具體對(duì)應(yīng)的功能包括測(cè)試模式禁止，JTAG禁止和128位唯一序列號(hào)。

? 測(cè)試模式禁止：芯片測(cè)試完成之后將測(cè)試模式禁止，交給客戶(hù)的芯片不能再返回到測(cè)試模式，這樣攻擊者就不能通過(guò)測(cè)試接口獲取敏感數(shù)據(jù)；

? JTAG禁止：當(dāng)讀保護(hù)(RDP)設(shè)置Level 1以上時(shí)，則會(huì)將JTAG功能禁止，使得攻擊者不能通過(guò)調(diào)試接口獲取敏感數(shù)據(jù)；

? 128位唯一序列號(hào)：128位唯一序列號(hào)綁定了芯片出廠的LOT/WAFER ID和坐標(biāo)等。該序列號(hào)唯一且不可復(fù)制，開(kāi)發(fā)者可將應(yīng)用程序與該芯片的序列號(hào)綁定，這樣可以使每個(gè)下載應(yīng)用程序的芯片不可被復(fù)制。管理員需要管控好每顆芯片的序列號(hào)，這樣便于產(chǎn)品的定位和追蹤，防止安全產(chǎn)品的復(fù)制。

安全生產(chǎn)

安全生產(chǎn)主要是保證交由第三方工廠進(jìn)行燒寫(xiě)的代碼或者數(shù)據(jù)不被盜取和篡改以及過(guò)量生產(chǎn)。

針對(duì)安全生產(chǎn)，上海航芯提供了一套安全的解決方案，全程代碼加密燒錄，并帶動(dòng)態(tài)校驗(yàn)碼（動(dòng)態(tài)校驗(yàn)碼與芯片唯一序列號(hào)綁定），而且可以進(jìn)行燒錄計(jì)數(shù)，進(jìn)行產(chǎn)量控制，避免過(guò)量生產(chǎn)。并且支持在線/離線燒錄，遠(yuǎn)程交付和更新固件，在保證固件安全性的前提下極大方便客戶(hù)進(jìn)行燒錄固件。

如需銷(xiāo)售咨詢(xún)，請(qǐng)郵件至sales@aisinochip.com