在瑞萨汽车级芯片中实现安全启动的信任根第2部分:如何在RH850 MCU上实现安全启动?

2022-05-31 Renesas
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本文是由三部分组成的系列文章的第2部分(第一篇请参考:【经验】在汽车级芯片RH850和R-Car中实现安全启动的信任根第1部分:安全启动的概念及重要性),旨在让读者基本了解什么是安全启动以及为什么需要安全启动。

      

RH850 MCU 上有两种类型的安全 IP,ICU-S 和 ICU-M。 在这篇博文中,RENESAS将介绍如何在两种类型的设备上实现安全启动。CU-S 和 ICU-M 中的安全启动可以基于 HIS(现在AUTOSAR)安全硬件扩展 (SHE) 规范来实现。 如果您想了解有关 SHE 规范的更多信息,请参阅 AUTOSAR SHE(URL: Specification of Secure Hardware Extensions (autosar.org))。 每个人都可以从 AUTOSAR SHE 站点获取 SHE 规范。

  

RH850上使用ICU-S的安全启动实现方法

ICU-S 是相当于 EVITA light 的智能密码单元,安全软件在 ICU-S MCU 中的主处理器元件 (MainPE) 上运行。 MainPE 可以通过ICUS 的特殊功能寄存器接口,使用ICU-S 模块中的硬件资源,如密码加速器和安全密钥存储等。

ICU-S 没有专用的仅用于安全的 CPU。 安全启动从非安全 CPU (PE1) 运行。 为防止篡改,初始安全启动逻辑存储在一次性程序 (OTP) 存储器中。 重置向量必须指向这个不可变的代码以防止篡改。 与 OTP 一起,ICUS设备上的安全启动还使用安全启动MAC密钥和安全启动MAC插槽——都是在ICUS内部受保护存储的。 在此策略中,OTP 内存和 ICUS 创建了信任根。


方法总结:

硬件信任根:

●OTP 闪存和 ICUS 中保护的密钥存储

防篡改:

●MAC 和 MAC 密钥安全地存储在受保护的 ICUS 内存中

密码算法:

●CMAC(NIST SP 800-38B)

在 RH850 上使用 ICUS 的分阶段安全启动示例:

1.MCU 复位后,CPU(PE1) 启动并运行位于 OTP 内存中的安全启动程序。

2.安全启动程序验证用户程序 A。

●安全启动程序根据用户程序 A 和启动 MAC 密钥计算 CMAC 值。

●安全启动程序验证计算结果和“程序 A 的 CMAC 值”(注 1)

3.如果步骤2中的验证通过,PE1运行用户程序A并在ICU-S的帮助下验证用户程序B。

●与步骤 2 相同(程序 A -> 程序 B)。

4.如果步骤 3 中的验证通过,则 PE1 执行用户程序(程序 B)。

注1:“程序A的CMAC值”可以在ICU-S管理的Secure Data Flash上注册


RH850上使用ICU-M的安全启动实现方法

ICU-M 是满足 EVITA 中等用例的瑞萨智能密码单元。采用 ICU-M 的 MCU 有一个单独的 ICU-M 处理器,称为智能密码单元处理器 (ICUP)。 安全软件完全在 ICUP 上运行。 ICUP 拥有对 ICU-M 中硬件资源的独占访问权,例如加密加速器和安全闪存。 此外,ICUP 可以访问一些共享资源以与主处理器元件 (MainPE) 进行通信。


在 MainPE 上运行的应用软件不能直接访问 ICU-M 中的资源,例如密码加速器和安全闪存。 因此,MainPE 必须通过定义的通信接口向 ICUP 请求安全服务。 该接口由ICUM 固件设计定义。 具有ICUM 功能的MCU 支持通过共享内存邮箱以及处理器间中断进行处理器间通信。

在带有 ICUM 的设备上,安全启动从安全 ICUP 运行。 初始安全启动逻辑存储在仅 ICU-M 可访问的安全代码存储中。 安全启动实施使用存储在受保护的 ICUM 数据闪存中的安全启动密钥来验证应用程序。 安全启动密钥和 ICUM 构成了硬件“信任根”。 复位后,ICUP 将首先启动并执行应用软件的安全启动。 验证后,ICUP 将 MCU 中的其他处理器元件从复位状态释放并开始运行。 如前所述,ICU-M 中的硬件资源,例如加密加速器和安全闪存,由 ICUP 独占访问。


方法总结:

硬件信任根:

●ICU-M 硬件。 和安全代码闪存上的安全启动程序。 (攻击者无法更改受 ICU-M 硬件保护的安全启动程序)

防篡改:

●引导 MAC 存储在受保护的数据闪存中,只能由 ICUM 访问。

密码算法:

●CMAC

●RSA数字签名算法

在 RH850 MCU 中使用 ICUM 的分阶段安全启动示例(对称算法)

1.ICUP 被配置为 MCU 复位后的启动处理器。

2.用户程序 A 由 ICU-M 中的安全启动程序验证。

●安全启动程序根据用户程序 A 和启动 MAC 密钥计算 CMAC 值。

●安全启动程序验证计算结果和“程序 A 的 CAMC 值”。

3.如果步骤 2 中的验证通过,则 CPU(PE1) 由 ICUM(安全软件)启动

4.PE1 运行用户程序 A 并验证用户程序 B 以使用安全软件。

●与步骤 2 相同(程序 A -> 程序 B)。

5.如果步骤 4 验证通过,则用户程序 B 由 PE1 操作。

在 RH850 MCU 中使用 ICUM 的分阶段安全启动示例(非对称算法)

1.ICUP 被配置为 MCU 复位后的启动处理器。

2.用户程序 A 由 ICU-M 中的安全启动程序验证。

●安全启动程序计算来自用户程序 A 的消息摘要(哈希)。

●安全启动程序根据程序 A 的签名和公钥计算消息摘要。

●安全启动程序验证两个消息摘要。

3.如果步骤 2 中的验证通过,则 CPU(PE1) 由 ICUM(安全软件)启动

4.PE1 运行用户程序 A 并验证用户程序 B 以使用安全软件。

●与步骤 2 相同(程序 A -> 程序 B)。

5.如果步骤 4 中的验证通过,则用户程序 B 由 PE1 操作。


结论

1. ICU-S 和 ICU-M 可以制作“信任根”和“信任链”。

2. ICU-S 和 ICU-M 中的安全启动可以基于 AUTOSAR (SHE) HIS 实现。

3. ICU-M 中的安全启动可以基于签名验证来实现。

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目录- 用于中国的MCU    RL78系列MCU    RX系列MCU   

型号- R5F104PJGFA,R5F104PJGFB,R5F10JGCAFB,R5F104JHDLA,R5F101PJDFA,R7F0C206M2CFA-C,R5F564MLDDLC,R5F51303ADFK,R5F101FDAFP,R5F571MJGDLC,R5F104FDDFP,R5F564MLDDLK,R5F100LJAFA,R5F564MLDDLJ,R5F100BGGNA,R5F100LJAFB,R5F10RBAGFP,R5F571MFCDFP,R5F104GGGFB,R5F51303ADFP,R5F51303ADFM,R5F51303ADFL,R5F571MJGDLK,R5F51303ADFN,R5F571MJGDLJ,R5F100FCDFP,R5F5651EDDFC,R5F5651EDDFB,R5F571MFCDFB,R5F571MFCDFC,R5F5651EDDFP,R5F52305AGND,L13系列,R5F52305AGNE,R5F100GLDNA,R5F100EGANA,R5F51101AGFM,R5F100MLAFB,R5F565N7EGFP,R5F111NGALA,R5F100GFGFB,R5F100FDGFP,R5F100MLAFA,R5F101GFAFB,R5F104GFDFB,R5F564MFGDLC,R5F104BFAFP,R5F10EBCGNA,R5F10RFCAFP,R5F564MJDDBG,R5F101LLAFA,L1D系列,R5F101LLAFB,R5F100GADNA,R5F565N7EGFB,R5F100BFDNA,R5F110NEALA,R5F51101AGFK,R5F104GAANA,R5F10RF8AFP,R5F51101AGFL,R5F100AEGSP,R5F1056AGSP,R5F10266DSP,R5F10367ASP,R5F5651EDDLC,R5F100LJABG,R5F104ECGNA,R5F51103AGNE,R5F100GDAFB,R5F51103AGNF,R5F5651CDDBG,R5F10277ANA,R5F564MFGDLJ,R5F564MFGDLK,R5F5110JADNE,R5F101LEABG,R5F5110JADNF,G11,R5F104BGDFP,R5F104JGALA,R5F104FCAFP,R5F110NGGLA,R7F0C206L2DFAC,R5F1026ADSP,G1F,R5F100JFAFA,R7F00014L2DFA-C,R5F564MLHDBG,R5F117GAGFB,R5F56517FDFP,R5F100BEANA,R5F100ADDSP,R5F104CDALA,R5F56517FDFB,R7F0C014B2DFP-C,R5F111PFGFB,R5F100GKANA,R5F5651CDDFB,R5F564MJDDFP,R5F5110JADLF,R5F100CGALA,R7F0C902B2DFP-C,R5F101GGDNA,R5F104AADSP,R5F5651EDDLJ,R5F564MJDDFC,R5F564MJDDFB,R5F101SKAFB,R5F5110JADLM,R5F100GEDFB,R5F5651EDDLK,R5F100LKDFB,R5F104GEAFB,R5F100LKDFA,R5F10WLGAFA,R5F10WLGAFB,R5F11BGCAFB,R5F56519FDLK,R5F56519FDLJ,R5F571MLGDLK,R5F571MLGDLJ,R5F100LCABG,R7F0C206L2DFA-C,R5F10JGCANA,R5F100LDDFA,R5F100LDDFB,R5F104JCALA,R5F56517FDLK,R5F104FJAFP,R5F56517FDLJ,R5F100JJAFA,R5F5111JAGFM,R5F100ACASP,R5F102A8ASP,R5F101LEAFB,R5F101LEAFA,R5F100MGGFB,R5F100MGGFA,R5F52317BDND,R5F5111JAGFL,R5F52317BDNE,R5F5111JAGFK,R5F564MJDDLJ,R5F1006DDSP,R5F564MJDDLK,R5F571MLGDLC,R5F101MHDFB,R5F564MJDDLC,RX100,R5F101LFDFA,R5F100EADNA,R5F101LFDFB,R5F104AEDSP,R5F564MLHDFP,R5F100MFDFB,R5F100GFGNA,R5F100MFDFA,R5F101JLAFA,R5F101GFANA,R5F564MLHDFC,R5F565N4EDLJ,R5F565N4EDLK,R5F56514EGFB,R7F0C01072DNP,R5F564MLHDFB,R5F104GAAFB,R5F104LGAFP,R5F10WLCAFA,R5F56514EGFP,R5F10WLCAFB,R5F111MEAFB,R5F571MJGDFC,R5F571MJGDFB,R5F101BCANA,R5F104LGAFB,R5F104BFANA,R5F11B7CGNA,R5F104LGAFA,R5F101GKDFB,R5F100PGAFA,R5F100SJDFB,R5F565N9BGFB,R5F100PGAFB,R5F101CEALA,R5F571MJGDFP,R5F110MEGFB,R5F5110HADLM,R5F100GDANA,R5F51105AGNE,R5F100FGDFP,R5F104BAGFP,R5F10ELEGBG,R5F565N9BGFP,R5F104PFGFB,R5F101FHAFP,R5F564MLHDLJ,R5F564MLHDLK,R5F101BDDNA,R5F564MLHDLC,R5F51103AGFK,R5F571MJCDLK,R5F51103AGFL,R5F571MJCDLJ,R5F51103AGFM,R5F571MJCDLC,R7F0C01062DFP-C,R5F104AFGSP,R5F1017ADNA,R5F104BGDNA,R7F0C80112ESP,R5F104LGALA,R5F1007EANA,R5F104GCGNA,R5F11BGEGFB,R5F5651EDDBG,R5F571MFCDBG,R5F10JBCGFB,R5F52305AGFP,R5F565N7AGFP,R5F104EHANA,R5F104FEGFP,R5F10EGDAFB,R5F10WMEAFA,R5F5110HADNF,R5F52305AGFL,R5F52305AGFM,R5F52315CGND,R5F1006CASP,R5F101GJAFB,R5F52315CGNE,R5F10WMEAFB,R5F100FHGFP,R5F100GJGFB,R5F100PHDFB,R5F101MGAFB,R5F100PHDFA,R5F110PEAFB,R5F565N9ADFB,R5F100JKDFA,R5F571MJGDBG,R5F100GEDNA,R5F565N9ADFP,R5F100LEGFA,R5F564MJHDBG,R5F100LEGFB,R5F565N7AGFB,R5F10KBCAFB,R5F523T3ADFM,R5F100MJGFB,R5F523T3ADFL,R5F5651EHDLJ,R5F564MFDDBG,R5F5651EHDLC,R5F100MJGFA,R5F523T3ADFD,R5F100LFABG,R5F104EGGNA,R5F5651CHDBG,R5F101EEANA,R5F10RBCAFP,R5F571MLDDLC,R5F571MLDDLJ,R5F571MLDDLK,R5F104FGAFP,R5F101JEAFA,R5F104BEGFP,R5F111NFGLA,G1F系列,R5F10EBEANA,R5F10RB8AFP,R5F100AFASP,R5F571MJDDFB,R5F571MJDDFC,R5F51306AGFM,R5F51306AGFL,R5F51306AGFK,R5F101JFDFA,R5F100PJAFB,R5F100PJAFA,R5F1006ADSP,R5F52317BDFP,R5F571MJDDFP,R5F51306AGFP,R5F52317BDFL,R5F52317BDFM,R5F51306AGFN,R5F5651CHDFB,R5F5651CHDFC,R5F111PJGFB,R5F1027AGNA,R5F571MLHDBG,R5F100GGAFB,R5F564MJHDFP,R7F0C908B2DFP-C,R5F100EDDNA,R5F11BCCALA,R5F5651EHDLK,R5F10ELDGFB,R5F564MJHDFB,R5F104LDAFP,R5F564MJHDFC,R5F101EFDNA,R5F101GKDNA,R5F104EFDNA,R5F100LGDFB,R5F100LGDFA,R5F564MFDDFC,R5F564MFDDFB,R5F111MHGFB,R7F0C00BA2DSP,R5F104JFGLA,R5F100BCGNA,R5F564MFDDFP,R5F5651CHDFP,R5F1008DALA,R5F110PGGFB,R5F52316AGNE,R5F52316AGND,R5F565N9EGFB,RX113,R7F0C901B2DNP-C,R5F10EGCANA,R5F104BAGNA,RX110,RX111,R5F100FJDFP,R5F111PHAFB,R7F0C905B2DFP-C,R5F51114ADNE,R5F565N9EGFP,R5F100PKDFB,R7F0C008A2DSP,R5F100PKDFA,R5F564MJHDLK,R5F104MFAFB,R5F51105AGFM,R5F564MJHDLJ,R5F104MFAFA,R5F101MLDFB,R5F564MJHDLC,R5F51105AGFK,R5F104LJGFP,R5F51105AGFL,R5F104GDGFB,R5F101GDDFB,R5F10WLFGFB,R5F565N4BDLK,R5F571MJDDBG,R7F0C80862ESN-C,R5F565N4BDLJ,R5F100GHDNA,R5F571MFGDLC,R5F101LJDFB,R5F104LJGFA,R5F100ECANA,R5F101LJDFA,R5F104LJGFB,R5F100LHGFA,R5F100JCDFA,R5F100LHGFB,R5F104GJDNA,R5F104LDALA,R5F101GJANA,R5F104EEANA,R5F52315CGFL,R5F52315CGFM,RX130,R5F52315CGFP,R5F10KBCANA,R5F104ADASP,R5F110MJAFB,R5F52317BDLA,R5F51114ADLF,R5F571MFGDLJ,R5F571MFGDLK,R5F101CAALA,R7F0C002G2DFB,R5F100AAGSP,R5F10269ASP,R5F101FAAFP,R5F565N4BDFB,R5F102A7GSP,R5F10RLCGFB,R5F5111ADNF,R5F10RLCGFA,R5F5651CDDFC,R5F101FLAFP,R5F5651CDDFP,R5F51303ADNE,R5F101GCAFB,R5F10368DSP,R5F104BEGNA,R5F1017CANA,R5F5651EHDBG,R5F571MFGDBG,R5F10379ANA,L1X系列,R5F104LFGFP,R5F11BCEGLA,R5F104GGGNA,R5F101PFAFA,R5F564MFDDLC,R5F110NHALA,R5F564MFDDL

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RA family MCU Injection current to prevent damage to MCU Application Note

型号- RA FAMILY,RA4T1,RA6T2,RA6T1,RA6T3,RA4M1,RA2L1,RA4M3,RA6M1,RA4M2,RA6M3,RA6M2,RA6M5,RA2E1,RA6M4,RA4E1,RA2E2,RA6E1,RA2A1,RA4E2,RA6E2

应用笔记或设计指南  -  RENESAS  - Rev.1.30  - Aug. 10, 2023 PDF 英文 下载

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