T312-F0-F3-I/O為了滿足智能卡和可信計算應用需求,設計實現(xiàn)了一款SoC芯片。該芯片由微處理器、程序和數(shù)據(jù)存儲器及管理模塊、安全邏輯模塊、密碼服務模塊、輔助功能模塊、I/0接口組成,T312-F0-F3-I/O能為各種安全應用提供機密性、完整性和身份認證等多種密碼服務,以及數(shù)據(jù)存儲、訪問控制、安全計算等應用。
T312-F0-F3-I/O芯片的安全控制架構設計,首先應對芯片的應用環(huán)境進行分析,得到芯片的威脅模型與部署模型,即芯片的潛在攻擊者和可能的攻擊方式,以及芯片的生產(chǎn)、運輸、研發(fā)和使用等環(huán)節(jié)存在的風險問題;其次是根據(jù)芯片安全要求與功能規(guī)范,通過軟硬件協(xié)同設計方式,設置相關硬件邏輯、狀態(tài)寄存器和參數(shù)存儲區(qū),并實現(xiàn)相關安全策略的軟件控制流程;zui后對所設計的系統(tǒng)進行安全性分析、仿真驗證與FPGA測試。
1 T312-F0-F3-I/O芯片系統(tǒng)安全體系結構設計
T312-F0-F3-I/O基于芯片系統(tǒng)的生產(chǎn)與應用實際,根據(jù)受保護資產(chǎn)對芯片安全性影響重要程度和信息技術安全性*估準則,芯片的受保護資產(chǎn)可設計為如下3種安全級別。
0級資產(chǎn):O層代碼的完整性與可信性,0層數(shù)據(jù)(LEVEL0)的機密性、完整性和可信性,以及芯片各模塊功能正確性。0級資產(chǎn)是芯片系統(tǒng)的安全基礎,對任一項的保護失敗均將導致整個芯片系統(tǒng)拒絕提供任何服務。
1級資產(chǎn):1層代碼的完整性與可信性,1層數(shù)據(jù)(LEVEL1)的機密性、完整性和可信性。1級資產(chǎn)是系統(tǒng)運行的核心控制態(tài)和2級資產(chǎn)的安全基礎,對1級資產(chǎn)的保護失敗將禁止本層代碼及2層代碼的執(zhí)行。
2級資產(chǎn):2層代碼完整性與可信性,2層數(shù)據(jù)(LEVEL2)的機密性、完整性和可信性。2級資產(chǎn)是芯片系統(tǒng)zui上層的受保護資產(chǎn),對本級資產(chǎn)的保護失敗會導致本層代碼被禁止運行。2級資產(chǎn)在芯片系統(tǒng)中可以同時存在多個,但每一時刻只有1個投入運行。
1.1 T312-F0-F3-I/O芯片系統(tǒng)安全狀態(tài)設計
芯片加電運行后,通過執(zhí)行一系列的命令,獲得不同的安全權限,從而也處于某一特定的安全狀態(tài)。
ST1:出廠初始狀態(tài)。在信任制造商前提下,芯片在出廠初始狀態(tài)是可以信賴的。初始狀態(tài)是芯片的可信基。
ST2:芯片使能狀態(tài)。加電時,上電自檢及傳輸安全認證通過后,芯片所處的狀態(tài)。芯片在驗證各功能模塊正確,且。層代碼、數(shù)據(jù)完整性校驗通過后,接收傳輸過程安全認證命令,并利用開發(fā)商與制造商的共享秘密,在允許的認證次數(shù)范圍內(nèi)對芯片進行真實性認證。
ST3:芯片激活狀態(tài)。T312-F0-F3-I/O處于使能狀態(tài)下的芯片,允許開發(fā)商通過用戶創(chuàng)建命令完成用戶創(chuàng)建。在這一過程中,芯片對開發(fā)商身份的合法性認證依賴于傳輸安全認證時的共享秘密。用戶創(chuàng)建完成后,置位芯片激活狀態(tài)標識與所有權獲得標識。再次啟動時,對開發(fā)商的身份合法性認證依賴于輸入的共享秘密,以及開發(fā)商創(chuàng)建的用戶密鑰。
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