如何提升SoC的安全性

Hi，我是小杜。随着物联网设备的普及和嵌入式系统的广泛应用，系统级芯片（SoC）的安全性变得越来越重要。对于SoC，硬件安全功能是保障系统整体安全的关键环节。小杜今天介绍一些实现方式，小杜经验尚浅，如果错误，还请批评指正。

安全启动（Secure Boot）

安全启动确保SoC从可信的固件开始启动，防止未授权或恶意软件加载。SoC内置一个只读存储器（ROM）中的Bootloader，这段代码不可更改，用于执行初始启动。固件镜像在编译完成后使用开发者的私钥进行数字签名。Bootloader在启动时使用存储在芯片中的公钥验证签名，以确保固件的真实性和完整性。通过哈希算法（如SHA-256）计算固件的哈希值，并与预先存储的正确哈希值进行比较，防止固件被篡改。

硬件加密模块

硬件加密模块可以提高加密和解密操作的处理速度和安全性，保护数据传输和存储的机密性。常用的有以下几类：

对称加密模块：如AES（高级加密标准）硬件加密单元，用于快速数据加密和解密，保护数据在存储和传输过程中的安全。AES使用相同的密钥进行加密和解密。硬件实现的AES模块能够在硬件电路中快速执行加密和解密操作，比软件实现更高效。常用于如数据存储加密、通信数据加密等。

非对称加密模块：如RSA（Rivest-Shamir-Adleman）或ECC（椭圆曲线密码学）硬件加密单元，用于密钥交换和数字签名，确保数据传输的机密性和完整性。RSA使用公钥加密数据，私钥解密数据。ECC相对于RSA提供了更高的安全性和更小的密钥尺寸，因此更适合资源受限的环境。常用于如安全通信的密钥交换、数字签名验证等。

硬件随机数生成器（HRNG）：生成高质量的随机数，用于密钥生成和其他安全用途。HRNG通过物理过程（如热噪声、电噪声）生成不可预测的随机数，确保随机数的高质量和不可预测性。一般用于加密密钥的生成、一次性密码等。

信任根（Root of Trust）

通过信任根可以建立一个可信的硬件基础，确保系统的信任链从硬件开始，覆盖所有的软件层。SoC内部提供一个安全存储区域，用于存放敏感信息，如加密密钥和证书。该区域通常具有防篡改功能，只有经过授权的代码才能访问。从ROM Bootloader开始，依次验证每一级固件的签名和完整性，确保整个启动过程中的每个步骤都是可信的。

安全执行环境（Trusted Execution Environment, TEE）

TEE提供一个隔离的执行环境，确保敏感代码和数据在一个受保护的区域内运行，防止被恶意软件攻击。TEE将SoC划分为正常执行环境（Normal World）和安全执行环境（Secure World），通过硬件机制进行隔离。通过在安全执行环境中运行关键安全功能（如加密操作、身份验证等），防止恶意软件干扰。

安全调试接口

在开发和调试过程中，需要访问SoC的内部状态。然而，这些接口也可能成为攻击者的目标。因此，需要安全地管理调试接口。在生产环境中，禁用或锁定调试接口，防止未经授权的访问。或者在允许调试接口访问之前，需要进行身份验证（如使用加密密钥或密码）。还可以限制调试接口的访问权限，仅允许特定操作。

通过实现安全启动、硬件加密模块、信任根以及额外的安全机制（如安全调试接口、物理防篡改措施、安全存储、安全执行环境、安全通信和硬件防火墙），我们可以大幅提升SoC的安全性。这些硬件安全功能不仅保护了设备和用户的数据，还确保了系统的可靠性和完整性。 感谢你看到这里。