“蓋明者遠(yuǎn)見于未萌，而智者避危于無形，禍固多藏于隱微而發(fā)于人之所忽者也。”兩千年前大辭賦家司馬相如提醒漢武帝注意安全的勸諫語，對(duì)于世界日趨多元紛繁的今天，這樣的安全提醒依然言之諄諄。在信息化與數(shù)字化的時(shí)代，安全的概念已經(jīng)遠(yuǎn)超兩千年前的人身安危與財(cái)產(chǎn)安全的范疇。信息與數(shù)據(jù)的安全，成了涉及現(xiàn)代社會(huì)方方面面的更廣泛安全主題。

電子系統(tǒng)正在為廣泛的應(yīng)用帶來創(chuàng)新，如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、自動(dòng)駕駛、視覺技術(shù)、移動(dòng)支付、人工智能等，與這些系統(tǒng)相關(guān)的安全威脅也在不斷增加，針對(duì)電子設(shè)備的安全攻擊事件層出不窮。“越來越多的應(yīng)用中需要增加前所未有的加密及防篡改措施。新一代安全標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)加速了對(duì)安全認(rèn)證的需求，而對(duì)尺寸、成本的苛刻要求進(jìn)一步增大了設(shè)計(jì)難度。”高性能半導(dǎo)體供應(yīng)商ADI公司安全產(chǎn)品線經(jīng)理劉武光在最近的一場活動(dòng)中表示。作為一家在硬件安全技術(shù)領(lǐng)域擁有超過35年技術(shù)開發(fā)與廣泛應(yīng)用的企業(yè)，ADI在安全芯片領(lǐng)域擁有不可否認(rèn)的發(fā)言權(quán)。

ADI在提供廣泛的安全功能芯片解決方案上已經(jīng)有超過35年的歷史

(資料圖)

加密就可以實(shí)現(xiàn)安全？密鑰本身的物理安全很關(guān)鍵

一直以來，加密被認(rèn)為是信息安全保護(hù)最常用的手段。保密通信的實(shí)質(zhì)是保護(hù)密鑰，為了從根本上解決密碼的物理安全性問題，必須考慮幾個(gè)問題，包括：產(chǎn)生隨機(jī)密鑰的物理機(jī)制，防止在認(rèn)證代理之間傳送密鑰時(shí)被電子攔截，以及防止通過物理和機(jī)械偵測的方式獲取安全密鑰存儲(chǔ)的方法。攻擊者會(huì)通過各種途徑竊取秘鑰，因此設(shè)計(jì)人員除了在加密算法上投入精力外，也開始逐漸將注意力轉(zhuǎn)向硬件保護(hù)方案的設(shè)計(jì)。

在密碼學(xué)和嵌入式安全I(xiàn)C中，PUF（物理不可克隆）技術(shù)依賴于隨機(jī)物理因素（不可預(yù)測和不可控制）來生成密鑰，這些因素是原生存在，和/或在制造過程中偶然引入的。“ADI在安全芯片內(nèi)部就使用了命名為ChipDNA的PUF特性，通過兩種方式實(shí)現(xiàn)加密安全功能：一種直接生成非對(duì)稱算法安全芯片的私鑰；另一種生成對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器的加密和解密密碼，利用PUF生成的密碼對(duì)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的內(nèi)容進(jìn)行加密/解密處理。” 劉武光解釋道。

由于PUF特性依賴于半導(dǎo)體的物理特性，任何改變器件內(nèi)部的攻擊方式都將導(dǎo)致PUF內(nèi)容發(fā)生變化，從而無法探測到PUF真實(shí)的內(nèi)容，也就無法知道安全器件的私鑰，或者解密器件存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的密碼，也就無法知曉保存在其中的密鑰和敏感數(shù)據(jù)的信息。據(jù)劉武光介紹，ADI目前包含PUF技術(shù)的安全芯片有SHA-3對(duì)稱算法的DS28E50/DS28C50，非對(duì)稱算法DS28E38、DS28E39/DS28C39，以及IoT芯片DS28S60和MAXQ1065。

加密算法相關(guān)的關(guān)鍵安全技術(shù)——PUF（物理不可克隆）技術(shù)

三大典型應(yīng)用場景看安全芯片為系統(tǒng)安全保駕護(hù)航

過去，只有少量的電子設(shè)備用戶才會(huì)考慮安全性問題，而且主要集中在金融行業(yè)、門禁控制市場等，大多采用相關(guān)的軟件技術(shù)或?qū)Ｓ糜布?shí)現(xiàn)。而這種狀況在最近若干年內(nèi)發(fā)生了變化，今天安全加密已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軟硬件IP保護(hù)、系統(tǒng)配件識(shí)別和防偽、網(wǎng)絡(luò)安全性等領(lǐng)域。 “例如工業(yè)應(yīng)用中有很多專用的傳感器，很多時(shí)候需要使用加密產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)傳感器的身份驗(yàn)證，同時(shí)可能會(huì)在傳感器里面保存一些差異化的參數(shù)，像零點(diǎn)偏差、增益誤差，這些參數(shù)可以事先記錄到加密芯片里面去，系統(tǒng)組件可以讀這些校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)傳感器來完成自動(dòng)修正。” 劉武光指出。在劉武光的分享中，安全芯片的應(yīng)用場景幾乎涵蓋了現(xiàn)代社會(huì)的方方面面，從智能家居、工業(yè)到汽車以及醫(yī)療等廣泛的應(yīng)用場景。

常見的配件識(shí)別應(yīng)用示例

汽車智能化大趨勢下，正規(guī)配件認(rèn)證讓車輛更安全

自動(dòng)駕駛正在夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，然而背后可能的各種潛在安全風(fēng)險(xiǎn)一樣引發(fā)擔(dān)憂。“汽車電子化越來越豐富，相關(guān)的零部件種類越來越多，包括傳感器、電池、TPMS、TBOX等都將是模塊化趨勢。可以預(yù)見的是，電子零配件越來越影響整車的安全性，因此必須有一種配件合法性安全機(jī)制，確保零部件正品化、一手化，從而保護(hù)車廠和消費(fèi)者的利益。”劉武光指出。

汽車上的應(yīng)用實(shí)例：ECU手機(jī)認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)、座椅與門窗的手機(jī)控制與調(diào)整

在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和電動(dòng)汽車電池等關(guān)鍵組件中，與經(jīng)批準(zhǔn)的組件相比，劣質(zhì)假冒產(chǎn)品的可能會(huì)帶來嚴(yán)重安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，這些組件可能因?yàn)闊o法校準(zhǔn)而不能正常運(yùn)行。通過添加單個(gè)認(rèn)證芯片，設(shè)計(jì)人員可以在電子控制單元（ECU）和端點(diǎn)元件之間對(duì)元件進(jìn)行認(rèn)證，例如光學(xué)攝像頭、前照燈、電動(dòng)汽車電池、占用傳感器，甚至方向盤。業(yè)界預(yù)計(jì)，全球汽車網(wǎng)絡(luò)安全市場規(guī)模為 90.6億美元，全球每年汽車僅仿冒零部件市場就可達(dá)200億~450億美元。“隨著智能化和電動(dòng)化發(fā)展加速，基于安全芯片提高汽車市場規(guī)范已經(jīng)形成全球共識(shí)，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也在各地陸續(xù)推出。”劉武光表示。

汽車配件身份識(shí)別應(yīng)用功能示例

DS28C40汽車級(jí)安全認(rèn)證器就是ADI推出的業(yè)界首款符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的汽車系統(tǒng)方案，針對(duì)汽車提供增強(qiáng)車聯(lián)網(wǎng)的安全性、保密性及數(shù)據(jù)完整性，可有效降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度和當(dāng)前方案中的軟件安全隱患。這款I(lǐng)C可嵌入任意車輛外設(shè)中，例如攝像頭、傳感器或電池管理系統(tǒng)。這款車輛安全認(rèn)證IC使用ECDSA加密技術(shù)向主機(jī)ECU發(fā)送驗(yàn)證信息，確認(rèn)其中嵌入的組件是否是符合OEM規(guī)范的系統(tǒng)部件。

生命至上安全第一，加強(qiáng)醫(yī)療設(shè)備安全認(rèn)證

醫(yī)療設(shè)備是對(duì)安全芯片需求很多的另外一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域。“作為守護(hù)人們健康的醫(yī)療電子設(shè)備通常存儲(chǔ)著包括個(gè)人身份、健康數(shù)據(jù)等非常敏感的信息。如果這些私人信息被黑客攻擊獲取，就會(huì)產(chǎn)生極大的潛在影響和危害。”劉武光指出，“而且很多醫(yī)療設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)字認(rèn)證確保其配件真?zhèn)危⒋鎯?chǔ)傳感器的校準(zhǔn)參數(shù)以及控制使用次數(shù)，這就要求設(shè)備中必須具備可靠的安全芯片才能實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名和加密等安全功能。”

很多醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部搭載安全芯片，能夠通過數(shù)字簽名和加密等手段實(shí)現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備的認(rèn)證、授權(quán)和數(shù)據(jù)安全功能。“例如，一次性使用輸血器的針頭組件就集成了安全芯片，提高了患者的安全性和醫(yī)護(hù)人員的工作效率；一次性使用血氧傳感器探頭中，也會(huì)使用安全芯片實(shí)現(xiàn)正品認(rèn)證；便攜式呼吸機(jī)采用安全芯片進(jìn)行身份驗(yàn)證和電子簽名，確保只有驗(yàn)證過的配件（如傳感器、噴霧器）才能與呼吸機(jī)通信，避免使用第三方存在安全風(fēng)險(xiǎn)的配件；……”各種應(yīng)用案例對(duì)劉武光來說如數(shù)家珍。據(jù)劉武光介紹，僅血氧傳感器探頭一個(gè)客戶一年的安全芯片用量就可以達(dá)到八千萬量級(jí)。

對(duì)軟硬件IP侵權(quán)說不，可靠的授權(quán)機(jī)制保護(hù)您的研發(fā)成果

軟件定義汽車、軟件定義無線電、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義存儲(chǔ)……智能化的世界，軟件已經(jīng)在科技的方方面面發(fā)揮著越來越重要的作用。軟件應(yīng)用日益廣泛的今天，軟件相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)也越來越重要，安全芯片在軟件保護(hù)中可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。“ADI可以以安全存儲(chǔ)器形式提供加密控制和保護(hù)方案，非常適合需要知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的許可權(quán)管理、安全軟件功能與狀態(tài)設(shè)置、防篡改數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等應(yīng)用，避免軟件IP被未授權(quán)的第三方拷貝、偽造以及軟件授權(quán)使用次數(shù)控制，通過加密芯片做授權(quán)。”劉武光指出。

軟件IP保護(hù)和授權(quán)管理

安全芯片還可以用于更廣泛的軟硬件IP保護(hù)。以業(yè)界應(yīng)用場景廣泛嵌入式硬件/軟件授權(quán)為例，其參考設(shè)計(jì)通常需要授權(quán)才能使用，并可能由第三方進(jìn)行生產(chǎn)，需要防范非法使用程序代碼，還有必要跟蹤和確認(rèn)參考設(shè)計(jì)的使用次數(shù)。例如，采用安全芯片DS28E50（可以經(jīng)過預(yù)先編程，在供給第三方制造商之前先裝入密鑰和存儲(chǔ)器設(shè)定值，可以輕松地滿足這些需求和提供更多功能。上電自檢時(shí)，參考設(shè)計(jì)通過DS28E50執(zhí)行認(rèn)證過程，只有具備有效密鑰的DS28E50才能成功地返回有效MAC。如果檢測到無效MAC，處理器將采取相應(yīng)的特定操作。這種方法還帶來另外一個(gè)好處，即可以通過DS28E50安全存儲(chǔ)器的設(shè)定值有選擇地授權(quán)和使能參考設(shè)計(jì)的功能。

更多強(qiáng)制安全規(guī)范即將落地，以高效方案迎接市場快速增長

據(jù)悉，包括中國、美國和歐洲在內(nèi)，全球很多地區(qū)都已經(jīng)或正計(jì)劃推出各種安全強(qiáng)制規(guī)范。例如，一些汽車和工業(yè)產(chǎn)品里面所使用的電池就面臨需要強(qiáng)制帶有“passport”功能，相當(dāng)于為電池提供一個(gè)跟蹤ID。這些強(qiáng)制規(guī)范要求生產(chǎn)廠家增加安全芯片來記錄電子配件的ID，記錄使用狀態(tài)、健康狀態(tài)等信息。安全重要性越來越受到關(guān)注的今天，小尺寸、高性價(jià)比系統(tǒng)安全方案即將迎來市場快速增長的發(fā)展機(jī)遇。

ADI提供從安全I(xiàn)P、安全芯片、安全微控制器到安全平臺(tái)在內(nèi)廣泛方案

目前業(yè)界已經(jīng)提供了豐富的安全芯片解決方案，ADI就提供了支持各種安全算法的安全芯片、安全管理器、安全微控制器等。除了前面提到基于ChipDNA的PUF特性實(shí)現(xiàn)獨(dú)特物理特性加密安全功能外，這些解決方案采用的1-wire?接口提供了獨(dú)特的尺寸和設(shè)計(jì)優(yōu)勢。業(yè)界常用安全芯片支持I²C或SPI，ADI獨(dú)有的1-wire接口主要的差別是更少的連接觸點(diǎn)以及因此產(chǎn)生的尺寸、系統(tǒng)資源和成本差異：I²C需要四個(gè)連接觸點(diǎn)，SPI需要5個(gè)連接觸點(diǎn)，1-wire在主機(jī)和配件之間只需要GND和1-wire通信線兩個(gè)連接觸點(diǎn)。

“連接觸點(diǎn)越少，則電氣可靠性越高、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越簡單，以及用于主機(jī)端口連接保護(hù)的ESD/EMC的成本就越低。1-Wire產(chǎn)品提供存儲(chǔ)器、混合信號(hào)和安全認(rèn)證功能的組合，通過單觸點(diǎn)串行接口完成操作。”劉武光指出。據(jù)介紹，1-wire協(xié)議采用是準(zhǔn)同步方式傳輸數(shù)據(jù)，使用一定寬度的低電平信號(hào)作為傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào)，具有更好的抗噪聲能力，通信質(zhì)量更可靠，通信距離更遠(yuǎn)（>100m）。此外，1-wire接口支持主從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)外部配件共享同一個(gè)主機(jī)1-wire接口，更進(jìn)一步降低主機(jī)端用于ESD/EMC保護(hù)的成本。

“對(duì)于批量很大的應(yīng)用場景，以及主要面向嵌入式應(yīng)用市場而言，尺寸和成本都是非常敏感的考慮因素。基于1-wire的安全芯片很好地在方案尺寸和成本上實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。”劉武光表示。針對(duì)不同系統(tǒng)需求，1-wire的安全芯片、安全管理器、安全微控制器以及各種模塊方案提供了差異化的方案，成本從幾個(gè)美金到不足一美金，可以滿足客戶不同產(chǎn)品需求。“像做軟件IP保護(hù)和配件身份驗(yàn)證，基于安全處理器實(shí)現(xiàn)的成本可能對(duì)于很多客戶難以接受，在不需要處理器資源的條件下，我們的安全芯片可以實(shí)現(xiàn)性價(jià)比更高的認(rèn)證方案。” 劉武光強(qiáng)調(diào)道。

隨著安全性需求不斷滲透到電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，制造商和電路設(shè)計(jì)人員面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。基于1-Wire產(chǎn)品提供存儲(chǔ)器、混合信號(hào)和安全認(rèn)證功能組合并巧妙實(shí)現(xiàn)，提供極具競爭力的優(yōu)勢。認(rèn)證不但保護(hù)了程序代碼，而且公共硬件平臺(tái)利用安全的軟件功能設(shè)置有助于降低生產(chǎn)成本，部分方案的數(shù)據(jù)安全性甚至可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置修改，節(jié)省了技術(shù)人員的寶貴時(shí)間。面對(duì)層出不窮的安全標(biāo)準(zhǔn)、需要獲得相關(guān)的產(chǎn)品認(rèn)證的當(dāng)下，這種更優(yōu)化的安全解決方案有助于廠商克服成本和技術(shù)挑戰(zhàn)迎接市場快速增長的機(jī)遇。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請?jiān)L問www.analog.com/cn。

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