一文詳解ESP32的安全特性

在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時代，無線通信在日常生活中越來越普及。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備領(lǐng)域，ESP32是一種流行的低成本片上系統(tǒng)（SoC）微控制器，內(nèi)置了EspressifSystems的混合WiFi和藍(lán)牙芯片。由于其穩(wěn)健的設(shè)計和超低的功耗，它在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中變得如此流行。但是當(dāng)我們談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用時，我們會想到物聯(lián)網(wǎng)的安全性，即數(shù)據(jù)安全和安全連接。ESP32支持基于X.509證書的HTTPs、IoT云（AWS-IoT、Azure、GoogleFirebase）的相互身份驗證等）身份驗證和數(shù)據(jù)通信。在Internet上，ESP32還為我們提供了存儲數(shù)據(jù)到FLASH存儲器和引導(dǎo)扇區(qū)的數(shù)據(jù)安全性，以防止數(shù)據(jù)被盜。今天我們來聊聊ESP32的安全特性，主要和Boot扇區(qū)有關(guān)。ESP32的兩個主要安全功能稱為安全啟動和閃存安全，也稱為閃存加密。

ESP32中有哪些eFUSE模塊？

ESP32有一個1024位一次性可編程（OTP）內(nèi)存塊。此OTP內(nèi)存塊分為4塊，每塊256位。

這些內(nèi)存塊存儲閃存加密和安全啟動的密鑰。由于OTP內(nèi)存塊，沒有軟件可以讀取這些內(nèi)存塊。只有一個ESP32硬件可以讀取和驗證安全功能。

什么是Flash加密？如何在ESP32上啟用它？

ESP32FlashEncryption是EspressifSystem的ESP-IDF為ESP32提供的一項安全功能，用于保護閃存。Flash加密是對ESP32的SPI閃存的內(nèi)容進行加密，啟用該功能后，默認(rèn)加密以下類型的數(shù)據(jù)：

固件引導(dǎo)加載程序

分區(qū)表

“app”類型分區(qū)或應(yīng)用程序分區(qū)

分區(qū)表中任何標(biāo)有“已加密”標(biāo)志的分區(qū)也會被加密。

在ESP-IDF項目中，用戶可以通過項目配置輕松啟用Flash加密

idf.py菜單配置

打開ESP32項目配置菜單后，現(xiàn)在導(dǎo)航到

“安全功能”--〉

“啟動時啟用閃存加密”--〉

“啟用使用模式（開發(fā)（非安全））”/“啟用使用模式（發(fā)布）”

在Flash加密中，有兩種模式：

開發(fā)模式：該模式下，ESP32閃存分區(qū)全部加密并開放修改，也可通過UART讀取閃存。

發(fā)布模式：此模式特別推薦用于制造和生產(chǎn)階段。在此模式下，UART/JTAG對閃存的讀取完全被阻止，新固件只能通過無線（OTA）更新。

啟用閃存加密后，當(dāng)前代碼的二進制文件以純文本文件的形式閃存到ESP32的內(nèi)存中。但是刷機過程完成后，ESP32第一次啟動時，設(shè)備本身使用刷機時存儲在eFUSE-BLK1中的AES刷機加密密鑰，對每一個上面提到的分區(qū)進行了加密。。加密分區(qū)后，ESP32設(shè)備會自行重啟并使用編程邏輯進行處理。

當(dāng)ESP32的執(zhí)行單元嘗試讀取時，ESP32的flash執(zhí)行過程會解密flash存儲器數(shù)據(jù)，而對于寫入過程，flash執(zhí)行過程會在寫入flash存儲器之前對數(shù)據(jù)進行加密。

什么是安全啟動？如何在ESP32上啟用它？

ESP32Secure-boot是一項安全功能，可為在ESP32硬件上運行正確的應(yīng)用程序提供安全保障。啟用安全啟動后，在使用基于RSA-3072的安全啟動的簽名密鑰加載之前，會驗證每個閃存的二進制文件［軟件引導(dǎo)加載程序和應(yīng)用程序固件］。我們可以將Secure-boot稱為“ESP32的守護者”。

為了啟用Flash加密，在相同的步驟中，我們可以從項目menuconfig啟用Secure-boot。

“安全功能”-〉

“在引導(dǎo)加載程序中啟用硬件安全啟動”

安全啟動如何工作？

當(dāng)ESP32設(shè)備啟動時，ESP32硬件的受信任ROM或者我們所說的第一階段引導(dǎo)加載程序在軟件引導(dǎo)加載程序上使用基于RSA-3072的安全引導(dǎo)密鑰運行驗證，然后軟件引導(dǎo)加載程序使用相同的簽名密鑰驗證應(yīng)用程序固件和啟動應(yīng)用程序。

結(jié)論

ESP32帶有一個安全環(huán)境［Secure-boot&Flash-Encryption］，我們需要在刷新代碼時啟用它。為了提高安全性，我們需要同時啟用它們。