物聯網安全的本質是利用系統的漏洞訪問價值資產信息，以達到對系統的破壞和非法利用。在實際應用中，最典型的物聯網攻擊有：針對終端設備的可信根提取、固件提取、逆向分析、硬件破解、設備偽造等；針對通信管道的中間攻擊、數據監聽、劫持、數據協議分析；針對云業務平臺的未授權訪問、敏感數據挖取、偽造請求攻擊、SQL注入攻擊、文件上傳漏洞、假冒服務器等安全風險。保障物聯網安全性的核心是保障數據的機密性、完整性、可用性、不可抵賴性、真實性、隱私性。

融入安全芯片技術的通用安全MCU芯片產品怎樣抵御物聯網環境下的安全風險

數據存儲和傳輸過程中，通常采用密碼技術來保障數據的機密性、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設施。20年的行業深耕，國民技術基于密碼技術形成了一套具有高安全等級防護能力的安全芯片技術架構，并將該技術架構整合到MCU芯片產品中，形成“安全+通用”的產品戰略布局，賦予了通用MCU“安全版圖、安全存儲、讀寫保護、分區權限管理、時鐘安全系統、侵入檢測、密碼算法加速”等數十個硬件安全防護能力，旨在解決物聯網紛亂復雜的安全問題。

圖1：國民技術通用安全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，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，使用了PUF技術與密碼技術，PUF技術原理是根據每個芯片的身份特征數據生成不同的密鑰作為存儲加密的可信根密鑰，程序執行時使用密碼技術對讀出Flash的數據進行了自動解密，對寫入Flash的數據進行自動加密存儲，同時為寫入寫出的數據提供了檢錯糾錯功能，當芯片產生校驗錯誤報警信號送入CPU，開發者可借助該報警擦除或改寫加密數據，或對芯片進行復位、自毀壞等操作，使得攻擊者無法獲取或解讀關鍵數據，保障了數據的機密性與完整性。

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自主創新的WRP、RDP以及MPU等技術，WRP技術用于保護閃存區的頁防止錯誤寫（防擦），當運行程序跑飛時發生了對數據的意外改變，基于芯片提供的WRP技術生成只讀保護區，保護Flash內容不被外部攻擊寫入。

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

圖4：讀保護（RDP）技術

MPU技術實現了存儲器保護單元，將存儲區劃分為多個獨立存儲區域，每個區域可單獨設置地址、大小、訪問權限和屬性，實現區域數據隔離，當遇到非法訪問時將產生錯誤或異常。

圖5：MPU存儲保護技術

硬件安全防護能力-MMU分區權限管理

分區權限管理是指對存儲區分區域管理，設置不同區域的互相訪問權限，達到保護存儲器中的代碼和數據不被非法訪問的目的，當異常出現時，提示存儲器訪問越界錯誤，開發者根據返回的異常采取應對措施，達到有效實現防復制、防篡改、防擦除的目的。

圖6： MMU分區權限管理

硬件安全防護能力-時鐘安全系統

時鐘安全系統用于監控MCU外部時鐘晶體，當外部時鐘晶體因被攻擊或其它原因導致失效，時鐘安全系統將會把時鐘自動切換到內部RC振蕩器，在外部時鐘晶體恢復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

硬件安全防護能力-侵入檢測

MCU內置侵入檢測引腳，當檢測到有效侵入事件后，將復位清除所有備份寄存器保存的內容，當終端產品被非法拆殼時，用來防止敏感數據被盜取。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

國民技術系列物聯網安全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信道攻擊的能力，經實驗測試，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，系統資源使用減少5倍以上。

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

基于物聯網安全MCU硬件安全能力構建“云-端”一體全生命周期安全解決方案

國民技術物聯網安全MCU硬件安全能力的加持下，在端側，可為用戶產品快速構建全生命周期的安全策略，覆蓋產品開發、生產、運行、維護四個維度，解決了從生產到維護整個聲明周期面臨的數據機密性、完整性、可用性、不可抵賴性、真實性、隱私性等問題。

圖8：構建產品全生命周期的安全保護

在云/管側，國民技術積極構建安全云平臺，其安全云基于國密/國際算法與嵌入硬件安全能力的物聯網終端進行身份雙向認證，可防護物聯網通信過程中的設備偽造/服務器假冒等問題；通過采用密鑰協商等方式生成臨時密鑰對，保護通信數據安全，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鍵數據進行摘要簽名運算，可防數據假冒。

圖9：國民安全云綜合解決方案

總結：

基于國民技術物聯網安全MCU的硬件安全能力構建“云-端”一體化安全解決方案，可以有效解決物聯網安全風險問題，保護物聯網各應用場景中數據的機密性、完整性、可用性、不可抵賴性、真實性與隱私性。