嵌入式系统的安全性

图1:密钥数据不应离开设备，甚至不应在芯片间传送

引发线和塑料保护
即使密钥数据只保存在微控制器中，攻击者还是有可能发现安全信息。例如，如果攻击者可以访问微控制器地址和数据总线，他就可以通过插入指令的办法使密钥数据暴露于外部I/O口。更高级的攻击者还可以移除微控制器的塑料封装，使用微探针读取内部存储器的内容。所以，安全系统需要采取措施阻止这种访问，甚至在必要时令微控制器擦除其存储器内容。应对这一安全挑战的一个简单方法是将整个“敏感区域”(例如微控制器、时钟和存储器)密封在某种足够牢靠的材料内，可能需要将印制板上的一块区域用塑料填充或用金属罩覆盖。感应线装置可以用来感测高温或外壳的移动。然而，如果微控制器处于低功耗状态而不能采取行动，这种感测就没有作用。
DS5250：真正安全的密钥保护方案
DS5250—Dallas Semiconductor精湛的安全微控制器技术的结晶，解决了这些问题，可协助设计者实现高度安全的系统，足以满足政府和金融应用之需。其所有出发点都聚焦于存储器。
NV SRAM
DS5250内部的非易失性SRAM (NV SRAM)为敏感信息和密钥提供了理想的存储手段。这种常规的、低泄漏的SRAM满足两个关键要求：
1) 数据必须是非易失的。利用一个很小的廉价电池，就可以保持关键数据长达数年。
2) 数据必须易于迅速擦除。一旦芯片的入侵侦测电路被触发，DS5250的SRAM瞬间即被擦除。
电池供电的入侵侦测及其反应
除了NV SRAM外，一个安全系统还应有一些传感器来侦测攻击行为。DS5250有多个电池供电的入侵传感器。无需微控制器处于活动状态即可对入侵事件作出反应。
利用其片上温度和电压传感器，DS5250可以侦测故障注入攻击手段。当工作电压或温度超出微控制器工作范围，DS5250立即清除其内部NV SRAM。这种机制消除了攻击者获取任何密钥数据的机会。为阻止对NV SRAM单元的微探针探测，DS5250的硅片顶层设置了一层超细网格。如果网格线被短路，DS5250即触发自毁，清除密钥数据。
DS5250还提供了允许外电路触发自毁的输入。这样系统可以实现多层保护。外部自毁触发电路没有任何限制。一些常见的外部传感器包括：
外壳上的侵入侦测开关。印制板上的连线当外罩被移动时断开。利用光传感器检测外壳是否被打开或被窥视。
加密的代码空间
最初装载系统时，DS5250使用一个随机生成的3DES密钥将指令代码加密后再存储到外部存储器中(图2)。这可避免攻击者向DS5250加入恶意代码并运行之，也可阻止对应用进行逆向工程。代码里也可以加入完整性检查，以便侦测攻击者改变程序代码的企图。经过加密的代码空间不仅阻止攻击者对应用进行逆向工程，而且可以阻止设备被非法仿制。因为密钥由每个DS5250随机生成，所以任何两个系统的外部闪存里的数据都不同。只有在攻击者知道密钥后，外部闪存数据才有用，而从上面的叙述中我们已经看到，从DS5250获取密钥并非易事。

图2:经过加密的代码空间可保护外部存储空间中的算法和数据

安全工程
安全系统设计是一富有挑战性的工作。而要强化已有设计的安全性更难。密钥保护是安全系统设计中最关键的部分。DS5250专门有密钥保护设计，因而可为敏感数据提供最高安全等级的保护。