嵌入式安全系统的发展趋势

　　随着安全性需求不断渗透到电子系统设计的各个环节，制造商和电路设计人员面临着前所未有的挑战。过去，只有少量的电子设备用户才会考虑安全性问题，而且主要集中在金融行业、军用产品、门禁控制市场等，大多采用相关的软件技术或专用硬件实现。而这种状况在最近几年发生了巨大变化，工程师需要面对层出不穷的安全标准、需要获得相关的产品认证，即便是很有经验的嵌入式系统设计人员，也要不断学习掌握这项新技术。了解这一技术趋势以及相关的设计、制造成本对于嵌入式系统制造商非常关键。

　　由于通过软件/固件设计很难保证全面的系统安全性，这就需要借助硬件保证系统的安全性，降低设计的复杂度(见第11页附录1—等级分类)。新推出的标准体系，例如：Trusted Computing Group?及各种数字版权管理(DRM)，涉及到消费类电子、多媒体、工业、医疗、汽车、电信等各个领域。当然，这一问题还涉及到政府、国家安全系统升级和不断发展的电子银行、电子商务系统。

　　为了获得更有效的安全体系，系统必须具备防物理篡改功能。即便是最老道的安全微处理器、FPGA、智能卡或其它安全设施，都会存在一些易受攻击的薄弱环节。这就需要系统有一个适当的有源保护电路，该电路即使在系统关断的情况下也能处于有效工作状态，监测可能发生的窃取敏感信息或知识产权的操作。为了完成这项任务，器件必须具备极低的功耗，并将防篡改响应电路与适合不同传感器的接口电路相结合，为敏感数据提供一道有效的防护网。

　　应该注意到，加密算法已不再是防范攻击的重点。攻击者会通过各种途径窃取密钥。因此，设计人员已经不在加密算法上投入过多精力，而是将注意力转向硬件保护方案的设计。

　　新的安全标准

　　新推出的安全标准大多参考了美国国家标准局(NIST)和英国通信电子安全组(CEG)建立的安全规范。这两个组织提供的标准分别是FIPS 140.1和ITSEC。

　　随着对安全水平要求的提高，以及众多新标准不断涌现，负责制定标准的跨国组织正采纳一个新的、统一的标准，称为“公共标准”，它组合了这些标准的优点(见第12页附录2—通用认证/标准)。例如，NIST最近将其FIPS规范更新为140.2版，并且很快会统一到公共标准。

　　此外，随着金融领域对安全设备需求量的增多，其它标准也开始变得活跃起来。公认的有MasterCard?和Visa?制定的EMV(欧洲MasterCard Visa)和PCI PED(支付卡行业，PIN输入设备)。这些标准与DRM相融合，能够使移动平台具备处理金融交易的能力，并可保护用户及系统的身份。政府也制定了新的法案，如FIPS 201身份验证(PIV)等。由此可见，安全认证标准的要求会越来越严格。

　　上述标准都论述了对物理安全性的要求，以满足不同终端产品范畴的规范。通常，这些安全性要求被划分到多个层次，从处理器开始到最终封装，包括处理器、涉及敏感数据或算法的存储器及数据通道。终端产品要取得认证，必须通过认证机构的全面测试，并提供一份安全文档，说明产品如何防范各种物理威胁。要通过某些标准认证(例如PCI)，制造商必须说明新产品在安全方面比现有产品有哪些改进，以满足新升级的标准。许多情况下，制造商和设计部门之前并没有面临类似要求，因此不清楚需要在产品中实现怎样的安全性。

　　不同应用对安全等级的要求千差万别，但是，对物理篡改保护功能的要求越来越严格。随着一些用于窃取数据的高端分析工具和专业技术的出现，越来越多的应用要求具有物理篡改保护功能。

　　DS3600系列安全控制器

　　为了帮助设计人员以小尺寸、低成本、低功耗满足严格的物理保护功能的需求，Maxim推出了新一代安全控制器产品，用于保护硬件设备。DS3600系列产品能够为嵌入式系统提供可靠的安全保证，满足现有标准和新标准的要求。

　　这些器件具备精心设计的温度监视(利用具有超低漏电流的比较器)、低温攻击保护、计时和篡改记录功能，以及密码子系统(图1)需要的众多其它功能。这些功能的核心是独特的存储单元结构，可进一步保护顶层密钥和认证信息。传统的存储单元都存在数据印迹现象，即存储单元会残留先前保存的信息。可以通过多种攻击手段提取这些残留信息。DS3600内部的无印迹存储器是第一款具备该功能的器件，可有效防范这种常见的攻击方式。此外，使用一条硬件命令可迅速擦除整个存储器阵列。这种组合多种功能的安全控制器可极大地降低功耗，并且密钥存储器保护无需主处理器介入。

　　图1. DS3600防篡改控制器具有超高性能的比较器，可连续监控低功耗系统，符合最高级别的公共标准要求。

　　大多数情况下，该系列控制器的高集成度可替换40个以上的分离元器件。DS3600系列不仅具有小尺寸、低成本和低功耗的特点，还可省掉其它价格昂贵的器件，如安全微处理器。因此，嵌入式系统制造商不必采用安全处理器架构即可通过认证，并获得丰富的软件资产。由于这些产品专为满足认证要求而设计，当设计人员必须提供必要文档以取得产品认证时，它们可提供最有力的帮助。