安全芯片如何应用于物联网设备身份认证和防抄板领域

首先必须承认，物联网(iot)设备，智能电子设备等数字安全现在是电子设计领域最热门的话题之一，不过对于许多企业或者产品人员，当提到安全性时，脑海中闪现出的第一个词可能就是加密。可能只有极少数人会想到安全认证。但是，真正的设备和身份安全不仅仅是单纯的加密，安全认证和保护在设备安全中气到了非常重要的作用。

通俗的讲：物联网身份认证，防抄板，固件保护等一系列功能都离不开安全认证。想通过其他方式，不存在的!

为什么要用安全认证?

安全认证是电子设备参与安全交互和使用的基础功能。特别是在物联网(iot)领域，安全认证非常重要：不可信的终端可能会将整个基础设施置于危险之中。据一个简单例子，我们现在越来越多的使用带互联网接入功能的电子设备，比如说智能摄像头，智能电饭煲，智能音箱等设智能家居设备，还有共享单车等需要认证使用的设备，如果没有安全认证功能，任何一个节点的入侵都会造成用户或者厂商的巨大损失。另外的一个点是对于共享设备或者具备有唯一性产权的设备，必须用安全芯片来保证设备不被抄袭使用，即我们理解的防抄板。

比较优秀的安全芯片一般会有两个功能：

1. 保护电子设备不被抄袭或者入侵，确保设备本体不被抄袭。

2.接入物联网可执行身份认证核心功能，确保商业盈利模式不被盗用。

安全认证芯片方案比较

现在我们已经理解了安全认证的重要性，接下来我们讨论如何实施。最简单的安全认证方法是使用密码。但是由于攻击者很容易监听通信、记录密码，然后用其来对非真实的设备进行安全认证。所以，我们认为基于密码的安全认证方法比较薄弱。

电子领域执行安全认证的更好方法是握手应答方法。我们来看看两种方式的握手应答方法：

一种基于对称加密，另一种基于非对称加密。

对称加密安全认证依赖于共享密钥。主机和被认证设备持有相同的密钥。主机向设备发送一个随机数，即质询。设备计算一个数字签名，该签名是密钥和质询的函数，并发送回主机。主机执行相同的运算并对结果进行比较。如果两项计算结果一致，则设备通过安全认证(如下图)。为了确保结果不被模仿，必须使用数学属性足够的函数;例如必须保证不可能通过计算结果获得密钥。SHA-256等安全散列函数满足这些要求。对于握手应答方法，设备在不泄露密钥的情况下证明自己知道密钥。即使攻击者拦截通信，也无法接触到密钥。

1. 基于对称算法加密的安全认证依赖于主机和设备之间的共享密钥。如下图所示：

对称算法体系认证架构

非对称密钥安全认证依赖于公钥和私钥。

基于非对称加密的安全认证依赖于两个密钥：私钥和公钥。只有被认证的设备知道私钥，而公钥可透露给希望对设备进行安全认证的任何一方。与上文中讨论的方法一样，主机向设备发送质询。设备根据质询和私钥计算数字签名，并将其发送给主机(如下图)。但此时，主机使用公钥对数字签名进行验证。用于计算数字签名的函数拥有特定数学属性至关重要。非对称方法中最常用的函数是RSA和ECDSA。同样，设备也在不泄露密钥情况下提交了自己知道密钥的证明，即私钥。

非对称算法体系认证架构

为什么安全芯片有益于安全认证

握手应答安全认证始终要求被认证的对象持有密钥。对称加密方法中，该密钥为主机和设备之间的共享密钥;对于非对称加密方法，该密钥为私钥。无论哪种情况，一旦密码泄露，质询-应答式安全认证就失效了。安全IC有助于防范这种情况。安全芯片的一项基本特性是为密钥和密码提供强保护功能。

在安全芯片认证体系中，有三种支持安全认证的解决方案。

安全认证芯片：芯片是可配置但固定功能的器件，为实施质询-应答安全认证提供最经济的途径，并且具有基本的加密操作。

安全微控制器：在支持握手应答安全认证的基础上，提供全面的密码学功能，包括加密关键数据存储，身份认证等。

安全认证芯片中，基于SHA-256的产品支持基于共享密钥的安全认证(图3)，而基于ECDSA或者RSA的安全芯片使用私钥/公钥对(图4)。除了具备专用的加密算法引擎外，这些产品拥有板载EEPROM存储器。该存储器是可配置的，可用于储存经过安全认证的用户数据，比如安全配置，安全密钥，认证证书等等。可以实现具备pki认证体系的一系列功能。

图3 sha256密钥安全认证架构

图4. 基于ECDSA的安全认证算法依赖于私钥/公钥对。

安全认证是一个前期产品方案设计时就需要重点考虑的问题，很关键也很重要。当然，如果需要讨论相关技术与方案可以私信本头条号或者留言。