越來越多的IC廠商開始探索一種芯片級的安全技術(shù)來保護數(shù)據(jù)，這種技術(shù)被稱為物理不可克隆功能（PhysicallyUnclonableFunction，簡稱PUF）。雖然芯片的生產(chǎn)流程是很精密的，但芯片上每個電路還是有細微的差異，這種技術(shù)就是利用這一差異。PUF利用這些微小的差異來生成一個獨特的數(shù)值作為密鑰，而密鑰對數(shù)字安全至關(guān)重要。

　　安全問題正日益成為互聯(lián)設備（或物聯(lián)網(wǎng)IoT）開發(fā)人員的一大擔憂，尤其是當他們不得不面對巨大安全風險的情況下，這些安全風險來自黑客攻擊、信息泄露和安全漏洞。

　　考慮到IoT設備需要保持低功耗和優(yōu)化處理能力，要提高其安全性而又不增加芯片尺寸或成本，這是IoT設備面臨的挑戰(zhàn)之一。

　　有效的PUF技術(shù)就可能克服傳統(tǒng)密鑰存儲的局限性：PUF電路沒有電池或其它永久性電源。任何對這個密鑰進行物理探測的嘗試都將會極大地改變PUF電路的特性，從而產(chǎn)生一個不同的數(shù)字。PUF密鑰只在需要加密操作時生成，并且可以立即擦除。

　　從料單（BOM）成本的角度看，PUF技術(shù)在防篡改SRAM的安全性方面具有很大優(yōu)勢。雖然單靠PUF技術(shù)本身不足以保證密鑰安全，但它無疑可將嵌入式設備的安全風險降到最低。

　　最近，我們看到美信（MaximIntegrated）和SiliconLabs發(fā)布了利用PUF技術(shù)保證安全的芯片產(chǎn)品。SiliconLabs在其WirelessGeckoSeries2平臺上，為面向IoT設備的無線SoC添加了基于硬件的安全功能，就是將安全軟件功能與PUF硬件技術(shù)結(jié)合起來。Maxim發(fā)布的ChipDNAMAX32520是基于ArmCortex-M4的微控制器，采用PUF技術(shù)來提供多級保護。ChipDNA可以生成安全密鑰，直接用于多種加密安全功能，比如一種對稱密匙可對存儲于安全IC非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)進行加密/解密。

　　Maxim的一位發(fā)言人告訴《EETimes》，“MAX32520適用于于多種應用，盡管我們在嵌入式世界展會上的新聞發(fā)布公告中特別指出了IoT應用，但該芯片并不局限于IoT”。該器件可用于其它領(lǐng)域，包括工業(yè)、醫(yī)療、計算等。

　　基于串行閃存仿真功能，MAX32520可以為任何處理器實現(xiàn)安全啟動，并提供兩個額外的物理層：裸片屏蔽和物理篡改檢測。該芯片還提供了內(nèi)部閃存加密選項，可用于IP保護和閃存數(shù)據(jù)保護。它支持SHA512、ECDSAP521和RSA4096等強大的加密算法，其強大的加密功能可提高設備的可信度。MAX32520利用ChipDNA輸出作為密鑰內(nèi)容，以加密的方式保護來設備存儲的數(shù)據(jù)，包括用戶固件。用戶固件的加密可實現(xiàn)終極的軟件IP保護。

　　ChipDNA還可以為ECDSA簽名操作生成私鑰。為支持系統(tǒng)級安全，MAX32520提供了符合FIPS/NIST規(guī)范的TRNG、環(huán)境和篡改檢測電路。任何探測或觀察ChipDNA的嘗試都會改變底層電路的特性，從而避免了芯片加密功能所用的唯一值被發(fā)現(xiàn)。同樣，由于使ChipDNA電路正常運行所需的工廠條件限制，即便高超的逆向工程嘗試也無法成功。

　　與此同時，SiliconLabs物聯(lián)網(wǎng)安全高級產(chǎn)品經(jīng)理MikeDow向EETimes解釋了他們?nèi)绾卧贗oT設備的無線SoCs中使用PUF技術(shù)。“為了將PUF嵌入SiliconLabs的安全庫和安全元件技術(shù)中，我們使用了SRAMPUF，意指利用一組SRAM位的固有隨機性，當它們被激活時可以獲得一個該設備獨有的對稱密鑰。我們所采用的SRAMPUF技術(shù)在市場上具有最長的可靠性記錄。由于我們的客戶所部署的設備通常運行時間超過10年，因此我們需要具有長期可靠性的PUF技術(shù)。”

　　他解釋道，在SiliconLabs的實施方案中，PUF的使用僅限于創(chuàng)建密鑰加密密鑰（KEK），KEK用于封裝（加密）系統(tǒng)中的其它密鑰，并將它們存儲在內(nèi)部或外部存儲器中。“因為KEK僅用于訪問封裝的密鑰，所以它的使用時間會受到限制，從而降低了遭受多種攻擊的可能性。此外，只有在重啟或復位（PoweronReset--POR）的時候才需要重構(gòu)KEK，這進一步限制了生成密鑰過程的訪問?！?/p>

　　在本設計中，除了KEK之外的每一個密鑰都是由遵循NIST規(guī)范的真隨機生成器（TRNG）產(chǎn)生的，然后用AES加密來封裝密鑰。TRNG和AES技術(shù)在安全行業(yè)中都很常見，易于理解、測試和驗證。我們還使用了256位密鑰來增加AES加密的強度。為了進一步增強算法的抗攻擊能力，還將差分功率分析（DPA）邊信道保護應用于AES算法。設備的所有密鑰信息都以這種方式封裝，包括生成的ECC私有/公共身份密鑰對，并存儲在一次性可編程（OTP）存儲器中。

　　在實現(xiàn)復雜的云安全方案（需大量多對非對稱密鑰）時，在幾乎沒有限制的內(nèi)部或外部存儲器中安全地存儲密鑰信息的能力是一個主要優(yōu)勢。另一種方案是將密鑰以純文本的形式存儲，但是這種方法要求在物理上非常安全的內(nèi)存，這樣的內(nèi)存既復雜又昂貴。Dow提到：“在設計芯片時，你必須選擇一個最佳大小的安全內(nèi)存。然而，無論你選擇什么尺寸，在產(chǎn)品的整個生命周期中，它幾乎肯定是不夠的?！?/p>

　　他說，其安全庫密鑰管理方案的另一個優(yōu)點是，通過使用AES加密，還可以要求用初始向量作為算法輸入。“這個初始向量就像一個額外的128位密碼，使用PUF-key執(zhí)行任何安全操作都需要這個密碼。有了這個密碼，無論人工還是在芯片上運行的應用程序都可以用它實現(xiàn)密鑰的雙重認證?！?/p>

　　“作為一個額外的保護層，我們在安全庫技術(shù)中加入了一個復雜的篡改保護方案，如果檢測到篡改，可以銷毀PUF重建數(shù)據(jù)”。一旦重建數(shù)據(jù)被銷毀，所存儲的關(guān)鍵信息就再也不能被訪問。這樣做可以有效地凍結(jié)設備，因為這種情況下任何加密算法都不會被執(zhí)行，甚至安全啟動也會被阻止。

　　SiliconLabs選擇了市場上公認的最可靠的PUF技術(shù)，并將其功能限制在只為一個KEK提供打包或解包關(guān)鍵信息的密鑰。這個密鑰可以通過雙重驗證密碼來進一步保護。Dow補充說，“此外，我們提供多個篡改保護源，可以摧毀PUF密鑰，使其無法解密任何受其保護的其它密鑰。即使黑客們投入大量時間和資源對設備進行重新設計并恢復KEK，他們也只能攻克一個設備。