信息安全概览
信息安全概览
Solution Selection
概览
随着物联网和智能设备的快速发展，信息安全问题日益突出。真正的系统安全需要端到端的考量——从云端服务、数据传输通道，到边缘设备和终端产品，每个环节都应具备相应的安全防护。尤其对于资源受限的终端设备，更不应因其处理能力或成本限制而成为整个系统的安全短板。Ameba Trust 正是在这一背景下推出的安全解决方案，旨在帮助客户在新产品设计阶段就集成更强的安全能力。它充分利用 Ameba MCU 的硬件安全特性和配套生态资源，简化安全功能的实现，提升整体系统的可信度与可靠性。
Ameba Trust 是一套面向嵌入式设备的信息安全架构，提供从芯片启动到应用运行的全链路保护。它集成了安全启动、可信执行环境（TEE）、安全存储和密钥管理等核心功能，符合行业通用安全规范，并可根据不同应用场景灵活启用所需的安全能力。
一些典型的安全功能需求：
- 安全启动
- 安全固件更新
- 代码保护
- 安全存储
- 密码学算法引擎
- 安全隔离
- …
安全启动与安全更新
Ameba 提供基于 Arm TrustZone 安全架构的安全启动与安全固件更新参考实现，适用于 Cortex-M（v8-M）处理器平台。该方案充分利用 MCU 的硬件安全能力，确保启动入口唯一、启动代码不可篡改，并具备以下特性：
- 支持多种加密算法与签名机制
- 提供配套的签名与固件打包工具
- 支持单固件与双固件更新模式
- 已通过第三方安全评估（如 PSA Certified Level 2）
代码保护
为防止固件代码通过调试接口被非法读取，Ameba 芯片支持使用密钥锁定调试功能。建议在量产设备中通过密钥机制限制调试功能，并可选择永久关闭安全世界（Secure World）或非安全世界（Non-Secure World）的调试接口。较新的 Ameba 系列进一步支持上电时默认关闭所有调试访问，并在 Secure Boot 验证成功后，按需动态启用特定域的调试权限，兼顾开发调试灵活性与设备运行时安全。
- 支持 password 保护的访问控制
- 可选永久关闭调式接口
- 安全启动后支持授权访问
- 实时解密 Flash 上的密文代码和数据
- 无需软件解密，直接运行加密代码
- 多固件独立密钥加密
- 支持每台设备都具备唯一的加密密钥
当代码或数据存储在内置或外部 Flash 中时，Ameba 系列芯片通过 RSIP（Runtime Secure Image Protection）硬件模块提供运行时透明解密能力。RSIP 模块在 Bus Matrix 与 SPIC 之间，当 CPU 或 DMA 访问加密区域时，RSIP 自动解密数据，无需软件参与，也无需将内容预加载到内部 RAM，支持直接执行 Flash 上的加密代码。Flash 可划分为多个区域，每个区域使用独立密钥。
固件加密可以通过芯片集成的对称加密引擎完成，将固件加密后写入 Flash（通常经 RAM 中转）。密钥可为每个设备唯一生成，并由硬件保护，仅加密引擎可访问。注意：RSIP 仅在读取时提供透明解密，不支持运行时实时加密写入。
更多内容请点击Flash XIP 解密以及SWD 保护
安全存储
敏感数据在存储时需加密，而加密密钥自身的安全存储与使用是防护关键。Ameba 芯片通过以下机制应对不同类型的威胁：
- 抵御外部攻击：通过调试端口访问控制与芯片生命周期管理（如从开发到量产的权限锁定），防止物理提取
- 防范内部软件攻击：利用硬件隔离机制（如 TrustZone 或安全内存区域），确保即使存在软件漏洞，敏感数据也无法被非授权代码访问
Ameba 通过硬件与软件协同设计，实现密钥的安全存储与受控使用，具体包括以下方面：
- OTP 保护：通过配置 Security 选项字节，可将多组密钥永久锁定在 OTP 区域，锁定后不可读、不可写；部分 OTP 区域仅限 Secure CPU 访问
- 密钥隔离使用：加密引擎可调用已锁定的 OTP 密钥执行加解密操作，但密钥本身始终不暴露给软件或外部接口
- 硬件唯一密钥（HUK）支持：每颗芯片在 ROM 启动阶段才可以访问唯一的 HUK，用于派生运行时密钥；HUK 在 ROM 阶段结束后即被硬件锁定，无法再次访问
- 加密引擎安全状态隔离：硬件加密引擎区分安全与非安全状态，非安全世界的应用代码无法控制安全状态下的硬件操作，确保 Secure 密钥使用过程受保护
- 基于 TrustZone 的系统级防护：支持 Arm TrustZone 架构，利用其硬件强制的系统隔离能力保护密钥；同时可配合 Trusted Firmware-M（TF-M）软件框架，提供标准化的安全存储服务
密码学算法引擎
Ameba 系列芯片提供对主流密码库的软件支持，便于开发符合不同安全标准的应用：
- Mbed TLS：轻量级开源密码库，支持 TLS/DTLS 及国际通用加密算法，Ameba 有支持硬件加速。点击官方文档了解更多
- GmSSL：开源国密算法工具箱，支持 SM2（公钥加密/签名）、SM3（哈希）、SM4（分组加密）、SM9（标识密码）及 ZUC 等中国商用密码标准。点击项目主页了解更多
硬件方面，Ameba 系列芯片集成 HASH、AES 和真随机数生成器（TRNG）硬件模块，此外还支持非对称加密引擎，可高效执行 RSA（最高 3072 位）和 ECC（256 位）运算。其中，RTL8721F 进一步支持 RSA（4096 位）与 ECC（512 位），并具备针对计时攻击（Timing Attack）、简单功耗分析（SPA）和差分功耗分析（DPA） 的防护能力，相关加密算法实现已通过 NIST CAVP（Cryptographic Algorithm Validation Program）认证。
安全隔离
隔离机制的作用：
- 保护系统免受攻击：隔离主要是为了防止逻辑攻击，特别是当软件存在未修复的漏洞时，软件漏洞可能被利用，进而导致关键信息收到损害。通过限制不同软件部分之间的访问权限，即使某一部分被攻破，其他关键资源依然安全。
- 区分访问权限：隔离策略将资源分为不同的访问等级。软件运行在不同状态时对资源的访问权限是不同的，例如，内存和外设等重要资源仅允许特定的代码访问，从而避免恶意代码获取敏感信息或执行非法操作。
AmebaMCU 的隔离特性：
- MPU 单元：所有 Amaba MCU 都带有的 MPU 单元（或类似功能），能够划分多个区域并设置各自的访问属性。结合内核的 User 和 Privilege 模式，实现对关键资源的有效控制。
- TrustZone：将所有系统资源，从 memory 到外设都可以区分为安全和非安全两种属性，代码在运行时有安全和非安全两种状态，对不同安全属性的资源也有着不同的访问权限
- 硬件隔离单元：MPC (Memory Protection Controller) 和 PPC (Peripheral Protection Controller) 支持在物理总线层面保护标记为安全的内存区域或外设。
通过这些机制，Ameba MCU 不仅提供了基本的安全保障措施，如密钥存储和加密操作，还支持更复杂的场景，比如身份验证算法的执行。
更多内容请点击内存管理、TrustZone 安全处理环境以及TrustZone 固件保护
