隨著汽車和工業市場的自主和互聯革命的進行，邊緣節點正迅速成為網絡攻擊的目標。軟件更新、診斷數據的遠程捕獲以及遠程端點和基礎設施之間的通信變得越來越普遍，因此容易受到網絡攻擊和其他安全威脅。

半導體技術的進步使得在包含硬件安全模塊（HSM）的MCU中嵌入閃存變得更加困難，因為工藝幾何形狀不斷縮小，推動了對外部閃存的需求。當閃存位于MCU外部時，存儲的代碼和數據更容易受到攻擊，因此設備必須設計安全啟動過程和其他基礎設施，以確保存儲和檢索的內容可以信任。

本系列文章探討了隨著閃存從 MCU 中的 HSM 中移出，理想情況下仍保持基于硬件的信任根，下一代安全設備的設計挑戰和安全要求。涵蓋的其他主題包括加密安全存儲、快速安全啟動、安全固件無線更新和法規遵從性。

安全在互聯世界中的重要性

在日益嵌入和互聯的世界中，安全性變得至關重要。每個嵌入式系統都會擴大攻擊面，使從電器和車輛到辦公室和工廠的所有設備都更容易受到攻擊。在某些應用中，例如汽車電子和工業系統，功能安全上升到關鍵任務級別。

設計工程師很清楚，對安全和隱私的日益關注已成為購買決策的主要因素。消費者和公司欣然采用新技術的日子已經一去不復返了?，F在，不情愿已經取代了信心，使得每個供應商都必須提供一定程度的保證，以確保其產品和服務是安全的。各國政府也有同樣的關切，現在正在實施法規，要求供應商執行各種安全規定，有時還會因不這樣做而受到處罰。

設計工程師可能還意識到，使嵌入式系統安全將變得更加困難。原因是，隨著MCU在處理復雜的實時應用方面變得越來越強大，它們正在遷移到更小幾何尺寸的CMOS技術（例如16納米或7nm）。但在這些幾何形狀上，目前還沒有可重新編程的非易失性存儲器（NVM）技術可用。這導致了eFlash（嵌入MCU內部的閃存）的解體，它一直在提供固有的安全架構，并支持外部閃存，這將需要特殊規定以確保安全操作。

閃存的解體

為了解決日益增長的安全問題，芯片供應商一直在MCU內部集成硬件安全模塊（HSM）功能。HSM 存在于安全處理環境中，該環境包含基于硬件的信任根，用于保護敏感數據、處理器狀態、引導加載程序、加密密鑰和特定于應用程序的安全服務的代碼。嵌入式存儲器（eFlash 和 RAM）也是安全處理環境中可信邊界的一部分，使其足以抵御常見威脅。

片外存儲器（如外部閃存）本質上并不值得信賴，并且可能容易受到持續攻擊。通常采取安全措施對外部閃存中的數據進行加密，然后在代碼執行之前通過將代碼從外部閃存下載到MCU的內部RAM來解密和認證。雖然這種方法足夠強大，可以抵御大多數攻擊，但它會導致性能下降（啟動時的潛在問題）和更高的成本（需要更多的內部 RAM 和更多的功率）。系統甚至可能仍然容易受到持續攻擊（例如回滾攻擊）。

隨著MCU遷移到先進技術節點以獲得更高的性能、更好的性價比和更低的功耗，閃存的解體可能會帶來更大的威脅。這具有帶回一些以前全部或部分由eFlash克服的可信內存挑戰的效果。此外，嵌入式系統激增造成的威脅環境增加也帶來了新的挑戰，在使用外部閃存時，這些挑戰變得更加難以克服。

要確保外部閃存安全，需要解決的主要威脅包括：

·模擬與閃存設備之間的授權事務

·篡改閃存設備的內容

·重放事務以回滾閃存設備的內容

·在不安全的設施中配置期間獲取密鑰

·在與閃存設備進行事務期間的偵聽（中間人）攻擊

·通過側信道攻擊或故障注入披露（獲取或觀察）閃存設備和密鑰的內容

·以電子方式損害閃存設備的完整性

·閃存設備的克隆

為了解決對外部閃存設備的這些和其他威脅，有效地使其成為安全處理環境的可信邊界的一部分，設備必須提供以下三種功能：

·基于硬件的信任根，可防止修改、操縱、復制或攻擊對存儲的代碼和/或數據產生其他潛在影響

·通過通過總線進行身份驗證和加密交易實現端到端保護、具有讀/寫訪問方法的安全區域、安全密鑰存儲空間和非易失性單調計數器的組合，實現來自 MCU 或云的安全更新

·成本低，無需額外的安全設備（例如可信平臺模塊），無需更改電路板，包括支持四通道串行外設接口

圖 1 顯示了安全閃存如何提供上述所有三種功能。實際上，安全閃存通過標準總線在外部擴展了與MCU嵌入式閃存集成的HSM功能。另請注意安全閃存如何取代普通的NOR閃存，從而可以使用現有的電路板。

值得注意的是，使用外部Flash的一些優點，首先是能夠更容易地適應不斷增長的代碼大小。嵌入式系統中常用的標準閃存插槽尺寸可以支持一千兆位 （1Gb） 或更多存儲，遠遠超過電子閃存的可行性。外部閃存還為更多的CPU內核/容量提供了空間，以適應機器學習和人工智能等先進技術所需的更密集和日益實時的處理。這些變化共同簡化了設計工作，并加快了上市時間，同時提供了不同的模型，以更好地滿足基于價格、性能或其他標準的一系列需求。

審核編輯：郭婷