【技术】RX231/RX65N/RX651系列微控制器三项新加密功能：密钥管理，加密通讯，闪存区保护

时间： 2018-05-15 来源：RENESAS

技术问答

嵌入式设备一直是物联网设备中的重要成员，其芯片内部的硬件和软件的安全性尤其重要。嵌入式微控制器承载着产品的核心功能，安全和保密显得非常重要。传统很多微控制器内置了一些硬件加密功能，或者厂商为客户提供一些软件加密算法，但是这些限制场景太多。

瑞萨电子推出的RX231/RX65N/RX651系列微控制器，将其独有的Trusted Secure IP(TSIP)安全功能集成到MCU产品中，以满足智能家居、工业自动化、楼宇自动化和智能计量系统等更高的安全需求，另外还集成了增强型Trusted memory功能与区域保护功能，以此来强化物联网的安全性。

Trusted Secure IP优势

传统通用MCU有几种安全加密方式，一种是MCU没有硬件加密功能，通过软件加密算法实现，一种是MCU内部具有硬件加密算法，可以通过硬件来实现加密。但是这两种都没有密钥保护功能，密钥存放在Flash中，CPU可以直接访问密钥和AES加密模块，如果加密密钥泄漏，安全性将完全失败。第三方得到了MCU，有可能可以非法的进行信息解密，导致产品固件泄露。

图1 传统MCU加密

Trusted Secure IP（TSIP）和传统加密方式对比，TSIP不同之处就在于具有强大的密钥管理、加密通信和篡改检测功能，可以防止未经授权使用加密模块，强力保护密钥，防止他人盲拷贝。

图2 Trusted Secure IP（TSIP）

RX231/RX65N/RX651系列MCU利用Trusted Secure IP可以进行高速硬件计算来实现AES、AES-GCM、AES-CMAC加密和解密和随机数的生成，以及安全管理用户密钥。基于这些功能，可以实现MCU中的固件的安全更新，并防止非法启动固件（安全启动）。Trusted Secure IP已通过CAVP认证，确保客户使用高安全级别的设备。开发者可通过以下三项新功能实现设备操作的高可信等级：

强大的密钥管理

加密密钥与每个芯片独有的ID关联，并保存为无法破解的密钥生成信息。密钥安装成功后，明文密钥不会暴露在Trusted Secure IP之外。

加密通讯

将AES、3DES、SHA和TRNG等多种加密硬件加速器整合至Trusted Secure IP中，并且支持多种加密模式，比如AES支持ECB，CBC，GCM CMAC，CCM等模式，可用于认证和篡改检测。

闪存区保护

RX231/RX65N/RX651系列MCU具有闪存区保护功能，用于保护启动代码，实现安全固件更新和安全启动，防止通过通信路由（如Wi-Fi或USB）篡改编程的企图，防止非法程序修改或执行产生的威胁。

Trusted Secure IP应用

上面我们介绍了Trusted Secure IP（TSIP）的新功能特性，它可以针对诸如逆向工程、窃听和病毒等威胁提供强大安全性能，有效的防止物联网嵌入式设备免受病毒感染和窃听。TSIP可用于智能家居等场景的数据加密，保护个人信息，防止设备被他人控制。另外，TSIP还可以进行安全固件更新，对固件进行加密，防止固件泄露，保护软件资产。下面介绍常用的几种应用案例。

Trusted Secure IP 的安全启动

嵌入式设备经过复位后，在运行应用程序之前，系统必须确认应用程序是否被非法篡改。Trusted Secure IP通过比较存储在Flash内的MAC值和每次实时计算出的MAC值来判断Flash内容是否被篡改，从而决定是否需要启动应用程序。

图3 应用程序启动过程

如上图所示，应用程序启动过程主要分为几个步骤。首先系统复位之后，复位向量指向Secure boot区域并启动，Secure boot区域和复位向量区域不能通过CPU指令对这些区域进行非法自编程。然后，通过TSIP的AES来计算用户程序的MAC值，由于TSIP中的密钥无法被窃取，只要密钥没有泄露，就无法伪造MAC 。接着，计算出MAC值之后，通过和预先存储的MAC值进行比较，如果两者匹配，说明应用程序未被篡改，那么开始运行用户程序。否则，如果两者不匹配，应用程序可能被非法篡改，系统将停止运行。通过这个过程，可以保证设备系统的安全启动。

Trusted secure IP的固件升级

MCU固件升级大多数采用网络在线升级，Trusted secure IP的固件升级过程分为验证固件和升级固件两个部分，固件验证通过后，才会进入到升级过程。

图4 TSIP固件升级

如上图所示，固件升级程序运行在Secure Update区域，服务器先将加密的固件和MAC值传到设备端（如RX231/RX65N/RX651），设备端的固件更新程序会先判断该固件是否被非法篡改。先通过TSIP将固件解密后计算MAC，并和传输过来的MAC相比较。如果MAC比较后匹配成功，那么再进行固件升级，否则将终止更新。固件更新成功之后，系统将指向复位向量，重新启动新的应用程序，从而实现整个升级过程。

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古月工 Lv8. 研究员 2019-07-02

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shakencity Lv7. 资深专家 2018-12-29

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碧水孤鹜 Lv8. 研究员 2018-12-28

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Z先生 Lv6. 高级专家 2018-12-25

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生逝如花草 Lv7. 资深专家 2018-12-20

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用户84206099 Lv6. 高级专家 2018-12-07

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lance Lv7. 资深专家 2018-12-05

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海锋 Lv9. 科学家 2018-12-02

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FT905/6/7/8 (Embedded Microcontroller)

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FT900/1/2/3 (Embedded Microcontroller)

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数据手册 - FTDI CHIP - Version 1.2 - 2016-09-16 PDF 英文下载

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MCU芯片是一种非常小巧而又功能强大的控制芯片，它可以搭载一些最常用的嵌入式微控制器的主要组件，具有完整的存储器、外设和指令集，能够实现复杂的功能，因此在嵌入式系统设计领域得到了广泛的应用。那么，MCU芯片的小巧而强大的特点具体体现在哪些方面呢？

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近日，瑞萨开始了新一轮的产品巡回研讨会，首站厦门，随后在南京和西安三地巡回举办，在研讨会上瑞萨全系列的产品和最新解决方案被一一呈现。通过这次研讨会，记者发现这家一直坚持自有内核的MCU厂商今年主推的MCU应用方向------电机控制。瑞萨在MCU方面主要有三大类产品，分别是：16位RL78内核的MCU产品系列、32位RX MCU系列以及Synergy平台。

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RX Family CMT Module Using Firmware Integration Technology APPLICATION NOTE

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RX Security Solution Securing your IoT devices for Tomorrow

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RX Family TSIP (Trusted Secure IP) Module Firmware Integration Technology (Binary version) Application Note

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RX Family I²C Bus Interface (RIIC) Module Using Firmware Integration Technology

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