物聯(lián)網(wǎng)安全之TrustZone的詳細說明

ARM TrustZone? 技術(shù)是系統(tǒng)范圍的安全方法，針對高性能計算平臺上的大量應用，包括安全支付、數(shù)字版權(quán)管理 （DRM）、企業(yè)服務和基于 Web 的服務。

移動設備已發(fā)展為能夠從 Internet 下載各種大型應用程序的開放軟件平臺。這些應用程序通常由設備 OEM 進行驗證以確保質(zhì)量，但并非可對所有功能進行測試，并且攻擊者正在不斷創(chuàng)建越來越多以此類設備為目標的惡意代碼。同時，移動設備處理重要服務的需求日益增加。從能夠支付、下載和觀看某一特定時段的最新好萊塢大片，到能夠通過手機遠程支付帳單和管理銀行帳戶，這一切都表明，新的商業(yè)模式已開始出現(xiàn)。

這些發(fā)展趨勢已使手機有可能成為惡意軟件、木馬和 rootkit 等病毒的下一軟件攻擊目標。但是，通過應用基于 ARM TrustZone 技術(shù)的高級安全技術(shù)并整合SecurCore?防篡改元素，可開發(fā)出能夠提供功能豐富的開放式操作環(huán)境和強大安全解決方案的設備。TrustZone 硬件架構(gòu)旨在提供安全框架，從而使設備能夠抵御將遇到的眾多特定威脅。TrustZone 技術(shù)可提供允許 SoC 設計人員從大量可在安全環(huán)境中實現(xiàn)特定功能的組件中進行選擇的基礎結(jié)構(gòu)，而不提供固定且一成不變的安全解決方案。

架構(gòu)的主要安全目標是支持構(gòu)建可編程環(huán)境，以防止資產(chǎn)的機密性和完整性受到特定攻擊。具備這些特性的平臺可用于構(gòu)建一組范圍廣泛的安全解決方案，而使用傳統(tǒng)方法構(gòu)建這些解決方案將費時費力。

可通過以下方式確保系統(tǒng)安全：隔離所有 SoC 硬件和軟件資源，使它們分別位于兩個區(qū)域（用于安全子系統(tǒng)的安全區(qū)域以及用于存儲其他所有內(nèi)容的普通區(qū)域）中。支持 TrustZone 的 AMBA3 AXI? 總線構(gòu)造中的硬件邏輯可確保普通區(qū)域組件無法訪問安全區(qū)域資源，從而在這兩個區(qū)域之間構(gòu)建強大邊界。將敏感資源放入安全區(qū)域的設計，以及在安全的處理器內(nèi)核中可靠運行軟件可確保資產(chǎn)能夠抵御眾多潛在攻擊，包括那些通常難以防護的攻擊（例如，使用鍵盤或觸摸屏輸入密碼）。通過在硬件中隔離安全敏感的外設，設計人員可限制需要通過安全評估的子系統(tǒng)的數(shù)目，從而在提交安全認證設備時節(jié)省成本。

物理處理器用于從普通區(qū)域進入監(jiān)視模式的機制受到密切控制，并且這些機制始終被視為監(jiān)視模式軟件的異常。要監(jiān)視的項可由執(zhí)行專用指令（安全監(jiān)視調(diào)用 （SMC） 指令）的軟件觸發(fā)，或由硬件異常機制的子集觸發(fā)。可對 IRQ、FIQ、外部數(shù)據(jù)中止和外部預取中止異常進行配置，以使處理器切換到監(jiān)視模式。

在監(jiān)視模式中執(zhí)行的軟件是事先定義的，但它通常保存當前區(qū)域的狀態(tài)，并還原將切換到的區(qū)域位置的狀態(tài)。然后，它會執(zhí)行從異常返回的操作，以在已還原區(qū)域中重新啟動處理過程。TrustZone 硬件架構(gòu)的最后一個方面是安全感知調(diào)試基礎結(jié)構(gòu)，它可控制對安全區(qū)域調(diào)試的訪問，而不會削弱普通區(qū)域的調(diào)試可視化。

物聯(lián)網(wǎng)時代的興起使人們對物理世界與數(shù)字系統(tǒng)整合的認知隨之提升，在日常生活的數(shù)字化帶來效率提升和經(jīng)濟效益的同時，系統(tǒng)開發(fā)者也面臨了新的挑戰(zhàn)。由于安全性和低功耗為物聯(lián)網(wǎng)應用的關鍵考慮，新唐科技開發(fā)了NuMicro?M2351系列，以滿足物聯(lián)網(wǎng)應用于低功耗運行的同時執(zhí)行安全連網(wǎng)的開發(fā)設計需求。

NuMicro?M2351

NuMicro? M2351系列微控制器系列以Arm? Cortex?-M23為內(nèi)核、內(nèi)建Armv8-M架構(gòu)和TrustZone?技術(shù)，可將傳統(tǒng)的固件安全性提升至更完整的軟件安全防護。M2351系列微控制器運行頻率可高達64 MHz，內(nèi)建512KB雙區(qū)塊（Dual Bank）架構(gòu)閃存 （Flash），可支持OTA （Over-The-Air）固件升級，并內(nèi)建96KB SRAM。此外，M2351系列提供高性能外設接口，如UART，SPI，I2C，GPIO，USB和ISO 7816-3。其安全性與多元的功耗管理模式使得物聯(lián)網(wǎng)應用的創(chuàng)新更臻便捷。

內(nèi)建Armv8-M TrustZone? 技術(shù)

NuMicro? M2351系列內(nèi)建Armv8-M架構(gòu)的 TrustZone? 技術(shù)，該技術(shù)是單芯片系統(tǒng) （SoC） 與CPU系統(tǒng)層級的安全技術(shù)。除了固件層級的安全性之外，M2351系列還提供了軟件層級安全防護，以實現(xiàn)更高的安全性和更有效率的功耗管理。

除了Cortex?-M23 CPU核心之外，M2351系列中的TrustZone?組成包含有：

●安全屬性單元 （Secure Attribution Unit， SAU）

●實施定義歸屬單元 （Implementation Defined Attribution Unit， IDAU）

●閃存控制器 （Flash Memory Controller， FMC）

●安全配置單元 （Security Configuration Unit， SCU）

為了使軟件的安全防護更臻完善，部分功能于初始即被固定為純安全屬性、部分功能被設置為僅能接受安全存取。此外，亦有部份的功能被設計為透過總線主控（bus master）與總線受控（bus slave）上的功能整合來支持TrustZone?。

新唐科技研發(fā)之安全技術(shù)

除TrustZone?技術(shù)外，NuMicro? M2351系列亦內(nèi)建了可提高系統(tǒng)安全性的相關安全技術(shù)。其中，Secure Bootloader加載程序可支持Trusted Boot功能；包含ECC算法的硬件加密加速器可降低主處理器于加解密操作的負載量；密碼保護機制KPROM可用來保護閃存的寫入和擦除；XOM （Execute-Only-Memory）則可定義Execute-Only存儲區(qū)域以保護關鍵程序代碼；閃存鎖定功能（Flash lock bits）設計來禁止閃存的偵錯接口被外界存取或?qū)懭?；破壞偵測引腳（Tamper detection pins）則可用來偵測引腳上狀態(tài)的改變。

創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)電源管理技術(shù)

除安全性外，功耗管理對物聯(lián)網(wǎng)的應用也至關重要。M2351提供多元的電源管理模式，使功耗管理更具效率，也使應用設計能更為彈性。M2351系列于正常運行模式（Normal Run Mode）在LDO模式下耗電為97μA/ MHz、于DC-DC模式下耗電為45μA/ MHz。待機掉電模式（Standby Power-down Mode， SPD）的電流為2.8μA，不帶VBAT的 深度掉電模式（Deep Power-down Mode， DPD）的電流則小于2μA。

支持 Arm? PSA 的 Nuvoton安全微控制器平臺（NuSMP）

由 Arm?所推出的平臺安全架構(gòu)（PSA）是一完整的系統(tǒng)，從威脅模型分析、安全性分析，到硬件與固件的架構(gòu)規(guī)范以及開源的固件參考設計。PSA是Arm?對物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)安全所提出的解決方案，其提供了基本設計原則與更有效益的方式，以構(gòu)建更安全的物聯(lián)網(wǎng)裝置。

為了使開發(fā)者能更加便捷的將物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)實現(xiàn)于創(chuàng)新開發(fā)之中，新唐科技開發(fā)了可支持Arm? PSA的「新唐安全微控制器平臺（Nuvoton Secure Microcontroller Platform， NuSMP）」。NuSMP是一系列混合硬件與軟件的安全技術(shù)，用于滿足通用及物聯(lián)網(wǎng)安全之微控制器系列的安全要求。開發(fā)人員可輕松的透過NuSMP技術(shù)于M2351系列上實現(xiàn)具安全性的設計，包含Trusted Boot（Root of Trust）、安全的Over-The-Air （OTA）固件更新與軟件下載、非安全區(qū)的電源管理應用程序編程接口與PC端的加解密軟件工具。

NuSMP以數(shù)個安全引導層（Secure Booting Layer）建構(gòu)符合信任鏈（Chain of Trust， CoT）的架構(gòu)，包含硬件層級的NuMicro? Boot Loader 1 （NuBL1）、軟件層級的NuMicro? Boot Loader 2 （NuBL2），具備帶OTA軟件更新功能的內(nèi)存分區(qū)機制、可信啟動碼等功能；位于安全區(qū)（Secure World）中的NuMicro? Boot Loader 32 （NuBL32），以及位于非安全區(qū)（Non-secure World）中的NuMicro? Boot Loader 33 （NuBL33）。在信任鏈的架構(gòu)之下，NuSMP所提供的安全技術(shù)能夠一定程度的滿足微控制器應用的安全需求。

為了提供簡便的開發(fā)體驗，NuMicro? M2351系列提供了豐富的開發(fā)輔助資源。在編譯程序的部分，M2351系列可支持免費使用的Arm? Keil MDK （Keil MDK Nuvoton Edition）、IAR Embedded Workbench以及開源的GCC。在開發(fā)工具的部分，新唐科技開發(fā)了「TrustZone模板生成器」以簡便規(guī)劃安全區(qū)與安全固件的布建、「加密工具」以支持M2351系列的加密需求，包含密鑰生成、密鑰交換、數(shù)字簽名與加解密。在幫助安全性項目開發(fā)的部分，新唐科技提供了NuSMP，其系列安全技術(shù)的應用說明文件、程序代碼范例、教學影片都開放給開發(fā)者參考。此外，M2351系列支持Arm? Mbed OS以快速的創(chuàng)建和部署物聯(lián)網(wǎng)項目；亦支持 Segger emWin開發(fā)平臺，可簡易的建構(gòu)圖形用戶界面，滿足人機接口之應用。

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