嵌入式系統(tǒng)的安全性

圖1:密鑰數(shù)據(jù)不應(yīng)離開設(shè)備，甚至不應(yīng)在芯片間傳送

引發(fā)線和塑料保護(hù)
即使密鑰數(shù)據(jù)只保存在微控制器中，攻擊者還是有可能發(fā)現(xiàn)安全信息。例如，如果攻擊者可以訪問(wèn)微控制器地址和數(shù)據(jù)總線，他就可以通過(guò)插入指令的辦法使密鑰數(shù)據(jù)暴露于外部I/O口。更高級(jí)的攻擊者還可以移除微控制器的塑料封裝，使用微探針讀取內(nèi)部存儲(chǔ)器的內(nèi)容。所以，安全系統(tǒng)需要采取措施阻止這種訪問(wèn)，甚至在必要時(shí)令微控制器擦除其存儲(chǔ)器內(nèi)容。應(yīng)對(duì)這一安全挑戰(zhàn)的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是將整個(gè)“敏感區(qū)域”(例如微控制器、時(shí)鐘和存儲(chǔ)器)密封在某種足夠牢靠的材料內(nèi)，可能需要將印制板上的一塊區(qū)域用塑料填充或用金屬罩覆蓋。感應(yīng)線裝置可以用來(lái)感測(cè)高溫或外殼的移動(dòng)。然而，如果微控制器處于低功耗狀態(tài)而不能采取行動(dòng)，這種感測(cè)就沒(méi)有作用。
DS5250：真正安全的密鑰保護(hù)方案
DS5250—Dallas Semiconductor精湛的安全微控制器技術(shù)的結(jié)晶，解決了這些問(wèn)題，可協(xié)助設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)高度安全的系統(tǒng)，足以滿足政府和金融應(yīng)用之需。其所有出發(fā)點(diǎn)都聚焦于存儲(chǔ)器。
NV SRAM
DS5250內(nèi)部的非易失性SRAM (NV SRAM)為敏感信息和密鑰提供了理想的存儲(chǔ)手段。這種常規(guī)的、低泄漏的SRAM滿足兩個(gè)關(guān)鍵要求：
1) 數(shù)據(jù)必須是非易失的。利用一個(gè)很小的廉價(jià)電池，就可以保持關(guān)鍵數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年。
2) 數(shù)據(jù)必須易于迅速擦除。一旦芯片的入侵偵測(cè)電路被觸發(fā)，DS5250的SRAM瞬間即被擦除。
電池供電的入侵偵測(cè)及其反應(yīng)
除了NV SRAM外，一個(gè)安全系統(tǒng)還應(yīng)有一些傳感器來(lái)偵測(cè)攻擊行為。DS5250有多個(gè)電池供電的入侵傳感器。無(wú)需微控制器處于活動(dòng)狀態(tài)即可對(duì)入侵事件作出反應(yīng)。
利用其片上溫度和電壓傳感器，DS5250可以偵測(cè)故障注入攻擊手段。當(dāng)工作電壓或溫度超出微控制器工作范圍，DS5250立即清除其內(nèi)部NV SRAM。這種機(jī)制消除了攻擊者獲取任何密鑰數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。為阻止對(duì)NV SRAM單元的微探針探測(cè)，DS5250的硅片頂層設(shè)置了一層超細(xì)網(wǎng)格。如果網(wǎng)格線被短路，DS5250即觸發(fā)自毀，清除密鑰數(shù)據(jù)。
DS5250還提供了允許外電路觸發(fā)自毀的輸入。這樣系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多層保護(hù)。外部自毀觸發(fā)電路沒(méi)有任何限制。一些常見(jiàn)的外部傳感器包括：
外殼上的侵入偵測(cè)開關(guān)。印制板上的連線當(dāng)外罩被移動(dòng)時(shí)斷開。利用光傳感器檢測(cè)外殼是否被打開或被窺視。
加密的代碼空間
最初裝載系統(tǒng)時(shí)，DS5250使用一個(gè)隨機(jī)生成的3DES密鑰將指令代碼加密后再存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中(圖2)。這可避免攻擊者向DS5250加入惡意代碼并運(yùn)行之，也可阻止對(duì)應(yīng)用進(jìn)行逆向工程。代碼里也可以加入完整性檢查，以便偵測(cè)攻擊者改變程序代碼的企圖。經(jīng)過(guò)加密的代碼空間不僅阻止攻擊者對(duì)應(yīng)用進(jìn)行逆向工程，而且可以阻止設(shè)備被非法仿制。因?yàn)槊荑€由每個(gè)DS5250隨機(jī)生成，所以任何兩個(gè)系統(tǒng)的外部閃存里的數(shù)據(jù)都不同。只有在攻擊者知道密鑰后，外部閃存數(shù)據(jù)才有用，而從上面的敘述中我們已經(jīng)看到，從DS5250獲取密鑰并非易事。

圖2:經(jīng)過(guò)加密的代碼空間可保護(hù)外部存儲(chǔ)空間中的算法和數(shù)據(jù)

安全工程
安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一富有挑戰(zhàn)性的工作。而要強(qiáng)化已有設(shè)計(jì)的安全性更難。密鑰保護(hù)是安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分。DS5250專門有密鑰保護(hù)設(shè)計(jì)，因而可為敏感數(shù)據(jù)提供最高安全等級(jí)的保護(hù)。