在本系列的第 1 部分中，我們介紹了安全性在連接的嵌入式系統(tǒng)中的重要性，以及強制使用外部閃存的閃存的去集成。在本系列的第 2 部分中，我們將介紹下一代智能內(nèi)存安全閃存。

無論是使用 eFlash 還是外部閃存，設(shè)計安全的嵌入式系統(tǒng)都是一項越來越繁重的工作。本節(jié)重點介紹一些重要的注意事項，以幫助指導(dǎo)設(shè)計和開發(fā)工作。

通常，在為端到端安全性而設(shè)計的系統(tǒng)中需要三個元素：

·保護機制，通過防止代碼和關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過各種方式被刪除、更改或損壞，從而保持代碼和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的完整性

·檢測機制，用于揭示代碼和/或關(guān)鍵數(shù)據(jù)何時可能被某些未經(jīng)授權(quán)的方式更改

·恢復(fù)機制，用于恢復(fù)被某些未經(jīng)授權(quán)的方式更改的任何代碼和/或關(guān)鍵數(shù)據(jù)的完整性

工程師應(yīng)設(shè)計能夠解決 STRIDE 模型中確定的所有威脅的系統(tǒng)（參見表 1）。下表總結(jié)了此模型，它提供了一種了解潛在威脅以及如何通過各種安全規(guī)定來應(yīng)對每個威脅的實用方法。

表 1：STRIDE 模型概述了安全系統(tǒng)需要解決的威脅。

安全的產(chǎn)品設(shè)計需要建立基于信任根的可信執(zhí)行環(huán)境 （TEE）。TEE提供了在使用之前驗證所有組件和子系統(tǒng)的真實性和完整性的方法。以下是創(chuàng)建此類安全設(shè)計的一些最佳實踐：

·在硬件中實現(xiàn)信任根以創(chuàng)建安全的基礎(chǔ)

·通過身份驗證和加密鞏固這一基礎(chǔ)

·為所有連接、網(wǎng)絡(luò)和云組件提供端到端的價值鏈保護

·提供對側(cè)信道攻擊和故障注入技術(shù)的免疫力

·對系統(tǒng)進行獨立的漏洞和風(fēng)險評估

·持續(xù)實時監(jiān)控異常

·實施對策流程（例如安全更新）

圖 2 顯示了在系統(tǒng)中實現(xiàn)信任根如何涉及在風(fēng)險和成本之間進行權(quán)衡。正如預(yù)期的那樣，基于軟件的設(shè)計是最便宜的，也是最不安全的。沒有顯示的是不安全的嵌入式系統(tǒng)的間接成本，而這些非常真實的成本使得證明基于硬件的設(shè)計很容易最大化安全性。

以下是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的計算機安全資源中心如何解釋在硬件中實現(xiàn)信任根的優(yōu)勢：“信任根是執(zhí)行特定關(guān)鍵安全功能的高度可靠的硬件，固件和軟件組件。由于信任根本質(zhì)上是受信任的，因此它們必須在設(shè)計上是安全的。因此，許多信任根都是在硬件中實現(xiàn)的，因此惡意軟件無法篡改它們提供的功能。

技術(shù)的進步不斷降低IC的成本，從而降低采用下一代IC的系統(tǒng)的成本。隨著安全“智能閃存”的出現(xiàn)，外部閃存就是這種情況，它減少了在硬件中實現(xiàn)信任根并整合其他所需功能所需的工作量。

安全閃存：下一代智能存儲器

半導(dǎo)體代工廠正在花費大量精力追求小尺寸嵌入式閃存，但尚未出現(xiàn)可行的解決方案。小截面RRAM和MRAM技術(shù)作為eFlash替代品已被廣泛探索，但由于數(shù)據(jù)完整性和成本挑戰(zhàn)，這些技術(shù)尚不可行，特別是對于需要在高溫下具有高可靠性的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用。在撰寫本文時，尚不清楚這些或任何其他技術(shù)何時（或是否）能夠在批量生產(chǎn)中提供嵌入式內(nèi)存。

由縮小的幾何形狀引起的不可避免的變化產(chǎn)生了對新型安全通道的需求，在該通道中，可以在MCU內(nèi)部的HSM和外部存儲設(shè)備內(nèi)的加密安全區(qū)域之間交換位。一個有前途的解決方案是采用當(dāng)前實踐的反面，將各種類型的內(nèi)存集成到處理器中，而是將處理器集成到內(nèi)存IC中以創(chuàng)建智能內(nèi)存。圖3顯示了安全閃存如何能夠與主機MCU建立經(jīng)過身份驗證和加密的安全處理環(huán)境。

下一代智能存儲器的這一趨勢有可能為電子行業(yè)帶來革命性的變化。對于嵌入式系統(tǒng)，這些進步將集中在NOR Flash上，它是一種理想的非易失性存儲器，用于存儲基于其耐用性和快速隨機讀取性能的代碼。

Secure NOR 閃存（或更簡單的“安全閃存”）為安全密鑰、證書、密碼哈希、特定應(yīng)用數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、代碼版本信息和生物識別傳感器數(shù)據(jù)提供受硬件保護的安全存儲，以便進行身份驗證。Secure Flash 還可以支持經(jīng)過身份驗證和加密的交易，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和其他安全威脅。

相比之下，當(dāng)前基于狀態(tài)機的內(nèi)存架構(gòu)無法提供與嵌入式處理器相同的多功能性和性能。例如，強大的安全性需要強大的加密，而這反過來又需要相當(dāng)大的處理能力。嵌入式處理器還可以支持其他與安全相關(guān)的要求，包括 HMAC 密鑰生成和存儲以及單調(diào)計數(shù)器，并提供針對固件、啟動映像和系統(tǒng)參數(shù)的攻擊的保護。

在存儲器中嵌入處理能力可以選擇性地促進邏輯集成，以添加特定功能和/或卸載系統(tǒng)主機MCU的工作負(fù)載。例如，嵌入式處理可以創(chuàng)建硬件信任根，以防止對存儲的代碼和數(shù)據(jù)進行修改、操作和其他安全攻擊?；蛘撸幚砥骺梢栽诖鎯ο到y(tǒng)其他功能所需的結(jié)果之前，對原始數(shù)據(jù)（包括用于機器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)）運行各種算法。

此外，對于可以通過在智能存儲器的嵌入式處理器中運行的代碼部分或完全滿足的安全法規(guī)，可以更輕松地認(rèn)證新系統(tǒng)的合規(guī)性。這有可能通過簡化所需的設(shè)計和開發(fā)工作來顯著加快新產(chǎn)品的上市時間。

審核編輯：郭婷