广告

互联环境中的安全存储器

时间:2020-03-26 作者:Cliff Zitlaw、Sergey Ostrikov 阅读:
嵌入式系统越来越普遍地采用云技术来进行数据采集、事件检测和软件更新。这些远程物联网设备普遍通过固件完成设置,这些固件有可能存储在主机MCU中,也有可能存储在外置非易失性存储器的用户空间中。而这些非易失性存储器中的内容则是恶意攻击的主要对象...
广告
ASPENCORE

嵌入式系统越来越普遍地采用云技术来进行数据采集、事件检测和软件更新。这些远程物联网设备普遍通过固件完成设置,这些固件有可能存储在主机MCU中,也有可能存储在外置非易失性存储器的用户空间中。而这些非易失性存储器中的内容则是恶意攻击的主要对象。对于所有全新开发的物联网设备来说,采取应对措施防止非易失性存储器的非授权修改,已成为一项基本的设计要求。rX5EETC-电子工程专辑

rX5EETC-电子工程专辑

图 1 - 作为节点的互联嵌入式系统                                                                                                         rX5EETC-电子工程专辑

本文将对分立闪存存储器领域开始涌现的加密和安全基础设施进行介绍,并探讨如何将这些新特性用于物联网互联设备的安全保障。rX5EETC-电子工程专辑

新一代安全NOR闪存产品

NOR闪存制造商已经开发出了一些NOR闪存产品,这些产品通过集成加密基础设施,能够提供高水准安全性。设备配对(主机MCU和NOR闪存)与认证写入(编程与擦除)操作已通过使用对称加密来实现。这些设备通常都是基于HMAC引擎和非易失性累加计数器。在配置过程中,需要先将对称密钥同时加载到主机MCU和安全NOR闪存器件中,以便在正常操作时执行经认证的读写操作。 rX5EETC-电子工程专辑

rX5EETC-电子工程专辑

图 2 - 采用集成加密的新一代NOR闪存器件(使用串行外设接口)rX5EETC-电子工程专辑

最近,内部NOR闪存基础设施的发展已经超出了内部状态机实际管理的范畴。较新型设备集成了CPU子系统(CPUSS),能够执行透明负载均衡和坏块替换等高级功能。一旦CPU子系统成为闪存器件基础设施的组成部分,那么增添加密硬件块和数据包缓存的想法就能很快成为现实。通过使用这种全新的基础存储器件,就能够开发出一系列安全功能,从而为加密安全提供支持。在NOR闪存领域,用户存储阵列的访问控制和执行前的分层代码验证是得到大量关注的两个特性。rX5EETC-电子工程专辑

将用户存储空间划分为安全区域

较新型NOR器件的用户存储空间能够划分成多个区域,每个区域可以单独配置,用于传统(非安全)访问或安全访问。配置为安全访问的区域能够设定为受控读/写访问或认证访问。rX5EETC-电子工程专辑

配置为受控访问的安全区域能够独立启用或禁用读/写操作。启用/禁用设置由认证序列(需要主机MCU证明其知晓共享密钥)进行管理。在制造过程中,共享密钥将被同时加载到主机MCU和存储器。试图访问禁用区域的读或写将在读取期间返回未定义数据,并且写入尝试将会被阻断。配置为受控访问状态的区域可以选择配置成加电读/写访问状态。例如,可以将启动区域配置为加电时可读不可写,而将其余区域配置为禁用所有读/写访问。rX5EETC-电子工程专辑

此外,安全区域也可以配置为只支持经认证的读写访问。认证区域不支持传统读写。认证读写操作是通过数据包传输来执行的,其中包含HMAC,表示知晓共享密钥和非易失性命令累加计数器值。在访问请求中使用命令累加计数器能防范重放攻击。rX5EETC-电子工程专辑

rX5EETC-电子工程专辑

图3 - 用户阵列的安全分区rX5EETC-电子工程专辑

软件层之间的安全性

此外,分层验证软件也成为安全环境中的常见做法。可信计算组织的设备身份合成引擎(DICE)工作组已发布一项策略,即每层代码在释放控制前都需要向下一层代码进行证实。当主机MCU无法集成可编程存储器时,系统级场景会变得更加复杂。从NOR闪存CPUSS ROM开始(推定为可信),分立闪存器件开始支持DICE策略的变化。 rX5EETC-电子工程专辑

NOR闪存CPUSS ROM在加电重置(PoR)时执行,在将代码执行移交给CPUSS闪存前,先验证其捕获的闪存器件启动代码(在CPUSS闪存内,未暴露给用户阵列)是否完整。完成这种DICE 0层复合器件识别符(CDI)计算需要结合使用唯一的器件密钥(对每个闪存器件有唯一性),以及对驻留在0层中的闪存器件启动代码的测量值。rX5EETC-电子工程专辑

国际标准文档NIST SP800-56C介绍了在CDI计算中使用的可接受的加密单向函数。唯一器件密钥用于0层CDI计算。0层CDI验证将计算值与NOR制造商提供的存储在片上的预期值进行比较。 rX5EETC-电子工程专辑

在确认CPUSS闪存有效后,代码执行就从ROM启动代码传递到(0层)CPUSS闪存器件启动代码。接下来,NOR器件将验证由系统制造商编程到用户阵列中的系统级启动代码。测得的系统级启动代码值将被用于与器件配置过程中存储在片上的预期值进行比较。这两步验证发生在闪存器件运行其PoR序列的过程中,在可供主机MCU访问之前。请注意,在整个启动过程中,务必确保CDI值不被暴露给更高层的代码,当然还有恶意行为者。rX5EETC-电子工程专辑

rX5EETC-电子工程专辑

图4 - 安全软件分层rX5EETC-电子工程专辑

在完成闪存器件PoR序列的执行后,系统级启动代码将会暴露给主机MCU供其执行。在确认系统级启动代码的真实性后,系统启动流程能够继续运行。分层验证策略还能继续执行,方便主机CPU对每个新软件层的验证工作进行管理。 rX5EETC-电子工程专辑

图4描绘了从闪存启动代码到用户应用的线性推进过程。实际情况很可能复杂得多,尤其是在程序控制权被移交给操作系统后。请注意,一旦系统级启动代码取得程序控制权,每个后续层的证实值都能够与本地值(存储在闪存器件中)进行比较,或更理想的话,还能够与远程驻留(可能是云服务器)值进行比较。如果使用DICE规范中规定的数字证书,远程验证的安全性还能进一步提高。rX5EETC-电子工程专辑

结论

片上加密基础模块显著缓解了传统非易失性存储器的受到的安全威胁。反克隆问题能够通过主机MCU与闪存存储器之间的设备配对得到解决。使用阵列分区和可配置访问权限能够处理非授权访问。通过可信计算组织制定的DICE策略,解决了恶意篡改代码的检测和恢复问题。集成在新型闪存存储器中的加密功能模块成功地解决了传统系统中存在的大量安全漏洞,说明外置Flash架构能够解决未来可能出现的安全问题。rX5EETC-电子工程专辑

责编:Yvonne GengrX5EETC-电子工程专辑

(本文由Cypress供稿,电子工程专辑对文中陈述、观点保持中立) rX5EETC-电子工程专辑

ASPENCORE
本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 未来的创新“办公室”包含哪些新科技与技术? 现代工作场所的面貌已经发生变革。员工不再居于一个小小的格子间,沉闷保守的装修扼杀了创造力,使人昏昏欲睡没有工作激情。时至今日,员工们追求开放灵活的空间 – 方便协作,而又不会感觉被牢牢的束缚在一起。他们需要四处走动,随时改变一下四周的景物,以便保持极高水平的工作表现。 这种新的工作风格促使着Georgia-Pacific (GP)位于亚特兰大市中心的总部 – 探讨了相关的业务,最终使工作场所发生了翻天覆地的变化。GP 以及参与此次改造工作的企业将这一项目称为 BlueSky。
  • 关于LoRa和工信部52号文,这篇文章回答了所有疑问 2019年11月,中国工业和信息化部发布了2019年第52号公告,对微功率设备生产、进口、销售和使用进行了规范。公告发出后,有人认为这是在封杀LoRa,有人认为对LoRa有利,因为它其实是在规范化管理未来的物联网无线技术频谱。作为LoRa核心技术及芯片供应商,Semtech近日发布了官方“LoRa Q&A问答文档”……
  • 是否使用RMS功率来描述信号、系统或组件相关的交流功 是否使用均方根(rms)功率单位来详细说明、或描述与信号、系统或组件相关的交流功率,取决于如何定义rms功率。如果不想计算交流功率波形的rms值,那么得出的结果可能没有实际意义……
  • 通过1点条形图显示器简化电池电量计 与任何电量计一样,在选择MCU显示颜色(红、黄、绿或蓝色,与电池荷电状态对应)所对应的阈值电压时,本设计必须考虑锂离子电池所呈现的非线性电压与荷电状态关系曲线…
  • 多级存储器与模拟内存内计算共同解决人工智能边缘处理 机器学习和深度学习已成为我们生活中不可或缺的部分。利用自然语言处理(NLP)、图像分类和物体检测实现的人工智能(AI)应用已深度嵌入到我们使用的众多设备中。大多数AI应用通过云引擎即可出色地满足其用途,例如在Gmail中回复电子邮件时可以获得词汇预测。
  • 5G 测试:采用调制失真方法加速功率放大器表征 想要确保设计具有高效率,同时提高功率放大器的线性度,必须克服一系列挑战。随着5G时代的到来,业界转向采用毫米波(mmWave)频率和宽信号带宽,设计人员为优化设计而需要执行更复杂的表征测试,这一切都使得挑战变得更加严峻。本文探讨了表征功率放大器的各种方法,并提供了几个测量示例。
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了