物聯(lián)網(wǎng)安全的本質(zhì)是利用系統(tǒng)的漏洞訪問價值資產(chǎn)信息，以達到對系統(tǒng)的破壞和非法利用。在實際應(yīng)用中，最典型的物聯(lián)網(wǎng)攻擊有：針對終端設(shè)備的可信根提取、固件提取、逆向分析、硬件破解、設(shè)備偽造等；針對通信管道的中間攻擊、數(shù)據(jù)監(jiān)聽、劫持、數(shù)據(jù)協(xié)議分析；針對云業(yè)務(wù)平臺的未授權(quán)訪問、敏感數(shù)據(jù)挖取、偽造請求攻擊、SQL注入攻擊、文件上傳漏洞、假冒服務(wù)器等安全風險。保障物聯(lián)網(wǎng)安全性的核心是保障數(shù)據(jù)的機密性、完整性、可用性、不可抵賴性、真實性、隱私性。

融入安全芯片技術(shù)的通用安全MCU芯片產(chǎn)品怎樣抵御物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的安全風險

數(shù)據(jù)存儲和傳輸過程中，通常采用密碼技術(shù)來保障數(shù)據(jù)的機密性、完整性、可用性、不可抵賴性、真實性、隱私性。安全芯片由于實現(xiàn)了強大的密碼功能和高等級安全防護能力，是保障信息安全的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。20年的行業(yè)深耕，國民技術(shù)基于密碼技術(shù)形成了一套具有高安全等級防護能力的安全芯片技術(shù)架構(gòu)，并將該技術(shù)架構(gòu)整合到MCU芯片產(chǎn)品中，形成“安全+通用”的產(chǎn)品戰(zhàn)略布局，賦予了通用MCU“安全版圖、安全存儲、讀寫保護、分區(qū)權(quán)限管理、時鐘安全系統(tǒng)、侵入檢測、密碼算法加速”等數(shù)十個硬件安全防護能力，旨在解決物聯(lián)網(wǎng)紛亂復(fù)雜的安全問題。

圖1：國民技術(shù)通用安全MCU硬件安全能力

硬件安全防護能力--安全版圖

安全版圖是使用混合布局布線技術(shù)，將所有的敏感電路和其它電路混合在一起進行布局布線，最終版圖上所有電路都是彼此交錯融合，敏感電路在版圖上沒有明顯的邊界，通過特殊的安全版圖布局布線可以抵御探針攻擊、FIB（聚焦粒子束）攻擊和逆向分析攻擊，做到防物理分析和探測功能。

圖2：采用了安全版圖技術(shù)的芯片實體模擬圖

硬件安全防護能力--安全存儲

安全存儲功能的實現(xiàn)，使用了PUF技術(shù)與密碼技術(shù)，PUF技術(shù)原理是根據(jù)每個芯片的身份特征數(shù)據(jù)生成不同的密鑰作為存儲加密的可信根密鑰，程序執(zhí)行時使用密碼技術(shù)對讀出Flash的數(shù)據(jù)進行了自動解密，對寫入Flash的數(shù)據(jù)進行自動加密存儲，同時為寫入寫出的數(shù)據(jù)提供了檢錯糾錯功能，當芯片產(chǎn)生校驗錯誤報警信號送入CPU，開發(fā)者可借助該報警擦除或改寫加密數(shù)據(jù)，或?qū)π酒M行復(fù)位、自毀壞等操作，使得攻擊者無法獲取或解讀關(guān)鍵數(shù)據(jù)，保障了數(shù)據(jù)的機密性與完整性。

圖3：安全存儲

硬件安全防護能力-讀寫保護

讀寫保護功能基于國民技術(shù)自主創(chuàng)新的WRP、RDP以及MPU等技術(shù)，WRP技術(shù)用于保護閃存區(qū)的頁防止錯誤寫（防擦），當運行程序跑飛時發(fā)生了對數(shù)據(jù)的意外改變，基于芯片提供的WRP技術(shù)生成只讀保護區(qū)，保護Flash內(nèi)容不被外部攻擊寫入。

RDP技術(shù)用于保護主存儲區(qū)和Option Bytes的訪問操作，防止閃存中的用戶代碼區(qū)被非法讀出，用戶根據(jù)需要配置不同保護級別（L0/L1/L2），實現(xiàn)外部接口讀寫保護。

圖4：讀保護（RDP）技術(shù)

MPU技術(shù)實現(xiàn)了存儲器保護單元，將存儲區(qū)劃分為多個獨立存儲區(qū)域，每個區(qū)域可單獨設(shè)置地址、大小、訪問權(quán)限和屬性，實現(xiàn)區(qū)域數(shù)據(jù)隔離，當遇到非法訪問時將產(chǎn)生錯誤或異常。

圖5：MPU存儲保護技術(shù)

硬件安全防護能力-MMU分區(qū)權(quán)限管理

分區(qū)權(quán)限管理是指對存儲區(qū)分區(qū)域管理，設(shè)置不同區(qū)域的互相訪問權(quán)限，達到保護存儲器中的代碼和數(shù)據(jù)不被非法訪問的目的，當異常出現(xiàn)時，提示存儲器訪問越界錯誤，開發(fā)者根據(jù)返回的異常采取應(yīng)對措施，達到有效實現(xiàn)防復(fù)制、防篡改、防擦除的目的。

圖6： MMU分區(qū)權(quán)限管理

硬件安全防護能力-時鐘安全系統(tǒng)

時鐘安全系統(tǒng)用于監(jiān)控MCU外部時鐘晶體，當外部時鐘晶體因被攻擊或其它原因?qū)е率?，時鐘安全系統(tǒng)將會把時鐘自動切換到內(nèi)部RC振蕩器，在外部時鐘晶體恢復(fù)后再由用戶選擇切換時鐘源，有效防止針對基于時鐘的攻擊者破外行為。

圖7：時鐘安全系統(tǒng)

硬件安全防護能力-侵入檢測

MCU內(nèi)置侵入檢測引腳，當檢測到有效侵入事件后，將復(fù)位清除所有備份寄存器保存的內(nèi)容，當終端產(chǎn)品被非法拆殼時，用來防止敏感數(shù)據(jù)被盜取。有紐扣電池存在的情況下，該模塊電路在主電源被切斷的情況下保持有效。

硬件安全防護能力-硬件密碼算法加速引擎

國民技術(shù)系列物聯(lián)網(wǎng)安全MCU提供了10余種安全算法的硬件加速引擎，有效提升算法性能，提高存儲資源使用率以及防側(cè)信道攻擊的能力，經(jīng)實驗測試，在同等運算條件下，使用硬件算法加速引擎的算法性能提高10倍以上，系統(tǒng)資源使用減少5倍以上。

基于性能優(yōu)異的硬件密碼算法加速引擎以及芯片內(nèi)置的受可信根密鑰保護的引導程序可實現(xiàn)加密下載與固件安全更新功能，解決物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品在生產(chǎn)、維護階段可能存在的信息泄露問題。

基于物聯(lián)網(wǎng)安全MCU硬件安全能力構(gòu)建“云-端”一體全生命周期安全解決方案

國民技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)安全MCU硬件安全能力的加持下，在端側(cè)，可為用戶產(chǎn)品快速構(gòu)建全生命周期的安全策略，覆蓋產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、運行、維護四個維度，解決了從生產(chǎn)到維護整個聲明周期面臨的數(shù)據(jù)機密性、完整性、可用性、不可抵賴性、真實性、隱私性等問題。

圖8：構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期的安全保護

在云/管側(cè)，國民技術(shù)積極構(gòu)建安全云平臺，其安全云基于國密/國際算法與嵌入硬件安全能力的物聯(lián)網(wǎng)終端進行身份雙向認證，可防護物聯(lián)網(wǎng)通信過程中的設(shè)備偽造/服務(wù)器假冒等問題；通過采用密鑰協(xié)商等方式生成臨時密鑰對，保護通信數(shù)據(jù)安全，可防竊取;基于提供的高性能雜湊等算法對傳輸過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行摘要簽名運算，可防數(shù)據(jù)假冒。

圖9：國民安全云綜合解決方案

總結(jié)：

基于國民技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)安全MCU的硬件安全能力構(gòu)建“云-端”一體化安全解決方案，可以有效解決物聯(lián)網(wǎng)安全風險問題，保護物聯(lián)網(wǎng)各應(yīng)用場景中數(shù)據(jù)的機密性、完整性、可用性、不可抵賴性、真實性與隱私性。