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随着物联网的兴起，愈来愈多的新兴使用开始竞相崭露头角，例如：人工智能、车联网、以及愈来愈聪明的日常用品。为了因应整个新兴产业链〈包含品牌厂商、代工厂商（ODM）、方案规划公司、甚至是终端产品和客户〉对安全性的要求，现在主要的主芯片〈包含SoC系统单芯片、微控制器、微处理器、ASIC特殊使用积体电路〉规划公司，大多已整合了硬体的加密引擎、乱数产生器 (RNG) 、以及安全〈但有限〉的储存器储存空间在主芯片上。 尽管如此，多数的系统仍必须将开机程序码、固件、操作系统、使用程序代码、各项参数设定或运用者资讯等资料存在外部的闪存中，而现有的闪存皆运用几乎兼容的指令、接脚和封装，使得所有存在闪存中的资料，几乎没有门槛就能轻易地被复制而运用，导致产业链中各个环节都有可能被骇客攻击而造成财务、商誉、隐私等损失。 本文将详述安全认证闪存的独特点和安全性，以及如何与授权的主控制器配对，而加强闪存在系统上的安全性 现有方案的安全疑虑 有关外部闪存的储存，我们可以从两种状态来思考，一是静态资料储存于储存器中，另一是从外部闪存到主芯片的资料传输过程。 以最基本的防止产品或商标被盗用或复制为例，储存于外部闪存的使用程序代码在现行方案下，可以轻易的被复制、运用。若有心人士想要盗版某智能家居的空调自动温度调节器，只要对自动温度调节器的主机板进行拆解分析，就能精确识别所有标准化的零组件，进而正确而几乎毫无门槛或困难地复制主机板的所有配置，包含存在闪存里的使用程序代码等。 有鉴于此，为了保护闪存里的使用程序代码不被直接复制运用，最常用的方式，就是利用闪存内的唯一识别码 (Unique IDentifier，UID)。然而，UID事实上却只是个微不够道的屏障，任何具备基础安全知识的工程师，都能根据闪存的规格书轻易找到UID，并解除了主芯片与闪存之间透过UID的信任配对。一旦配对被解除，所有信任根源就瓦解了，闪存里的使用程序代码又可以轻易的被复制运用，上述的自动温度调节器也又回到了完全没有保护的状态。 上述所利用的安全系统弱点，在于所用的唯一识别码UID的独特点，不但永久不会改变，且为公开的明文，一旦从储存器中读出，即可删除配对或直接复制此UID，而使非授权的系统可以正常运作。 上述仅以保护规划、商标、或是方案公司授权金为例。其实在物联网的系统中，安全性所受到的威胁远远超过产品本身的仿冒，更严重的有可能是既有产品遭到恶意程序的植入和窜改，而使得原本的系统失去控制权，甚至被入侵后所发动的攻击，有可能间接影响该产品或公司的商誉。 既然如此，如何提升外部闪存的安全性，提升其被复制、窜改、甚至非法存取的困难度而提供比较安全的外部储存环境呢？ 华邦的搞定方案: 安全密钥储存及动态一次性认证密码 为防止产品或商标被盗用或复制、以及搞定外部闪存透过网路被恶意程序植入和窜改的安全问题，华邦的安全认证闪存 (Authentication Flash) 提供特殊的密钥储存空间，以及透过单向性计数器 (Monotonic Counter) 和HMAC SHA-256 的算法所产生的一次性密钥，来克服UID 永久不变的明码的弱点，提升系统对于外接快产储存器资料储存、身分识别的安全性。 华邦的安全认证闪存 (Authentication Flash) 华邦电子生产各种串行式NOR型及NAND型闪存，并以此闻名，是世界顶级的串行式闪存制造与供应商，光在2016年就出货了超过21亿颗SpiFlash 串行式闪存芯片，全球市占率约为30%。身为串行式闪存领导者，华邦电子努力搞定闪存可能会面临到的安全疑虑，因此我们推出了W74M系列安全认证闪存 (Authentication Flash)。透过对称性加密，也就是让主芯片和储存器共享一个相同的「根钥 (Root Key)」做绑定(Binding)。
图一 : W74M多芯片封装架构 而安全认证的流程，则是由根钥和随机数经杂凑函数SHA-256产生讯息鉴别码HMAC Key（Hash-based Message Authentication Code，HMAC），再将HMAC key 和单向性计数器 (Monotonic Counter) 通过HMAC SHA-256加密算法产生永远不会重复的一次性密钥 (One Time Password)。这个一次性认证用的密钥A，需挂载于主芯片发给W74M储存器的指令中。另一方面，W74M储存器也以相同动作产生的密钥B，并比对密钥A与密钥B，若相同则W74M才继续正常执行主芯片下的指令。 SHA-256为256位的安全杂凑算法（Secure Hash Algorithm），由美国国家标准技术研究所 (National Institute of Standards and Technology，NIST) 作为联邦资料处理标准 (Federal Information Processing Standard，FIPS) 发布的加密散列函数。此加密函数亦被用于处理金融交易，在实务中通常被视为无法pojie的加密函数。 由于HMAC有一部分是由随机数生成，因此HMAC每次生成的数值皆不一样。前面所提到的攻击模式，可以成功读取传统固定的UID，却无法对W74M进行攻击 (根钥是读不出来的)。而且由于SHA-256非常安全，实际上攻击者不可能透过解密HMAC找出根钥，因此这种方式可说是零风险。 图一显示了W74M两个重要的特点。第一，非挥发性的单向性计数器加强了储存器安全认证的强度。当根钥完成初始化时，计数器便依据主芯片的指令从零开始逐一增加，无法重设或归零。此计数器具有只限于储存器和主芯片才知道的唯一值。如果双方的计数器值不相等，储存器的HMAC数值就不会与主芯片计算值相同，这时W74M认证设备会将遭篡改的信号回报系统。 主芯片也可以运用上述安全认证原理，防止攻击者篡改存在闪存中的固件，借此保护主机系统免于遭受恶意软体的入侵。此外，也可防止攻击者运用储存不一样固件或是使用程序代码的W74M芯片取代正版安装在主机板上的W74M芯片，而达到防止产品直接被复制运用的风险。 图一所示W74M另一个重要的特点是每个W74M芯片中有四组根钥、HMAC Key、单向性计数器的组合，其中任何一组可用于对主芯片的认证，而另外三组则可用于认证不一样阶层的物件。 每个认证通道皆能安全地储存一组独立的根钥，对应所要认证的物件。换言之，每一个W74M都可以分别跟主机设备、网际网路闸道器、云端服务绑定不一样的根钥，且皆保持奥秘，任何一台设备都不会知道另一台设备之根钥。 这种多层认证能力可以实现另一个用途，那就是用一颗W74M芯片认证4个不一样组件的合法性，例如下列无人机的复杂系统: 无人机之主要处理器 可拆卸电池模组 遥控器 相机模组 安全、加密的验证，使无人机制造商能确保品牌相机及原厂电池的限定运用，并防止未经授权的遥控器劫持飞行中无人机的可能性。 华邦的安全认证闪存 (Authentication Flash) 的导入 如上所述，W74M提供四组非常严谨的安全认证功能，且根钥储存于外部设备无法读取的一次性可编程记忆空间内。然而，W74M安全认证的实施和导入还需要系统的安全配置，才能确保从生产到成品的制造流程中，每组W74M和主芯片或其他阶层对象内的根钥为各阶层专属的奥秘。虽然华邦电子可以提供W74M的根钥预烧录，但是绝大部份仍是由客户端依据W74M客制化的根钥配置在既有的生产流程中导入根钥的绑定。 W74M系列安全认证闪存芯片，提供32Mb至1Gb之间各种容量，并采用标准封装。这意味着W74M可直接运用在现在标准闪存的PCB脚位，减少物料成本及组件数的同时，提供最安全的认证级别。 W74M也可使用于不需闪存的多层物件认证，（产品型号W74M00AVSSIG及 W74M00AVSNIG）。 |
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