1. 從一顆小芯片說(shuō)起為什么安全引導(dǎo)值得單獨(dú)寫(xiě)一篇筆記第一次接觸ATECC608A這顆芯片是在一個(gè)做物聯(lián)網(wǎng)終端的朋友那里。他當(dāng)時(shí)遇到一個(gè)很實(shí)際的問(wèn)題設(shè)備出廠后固件被人從外部存儲(chǔ)里直接讀出來(lái)改了幾個(gè)字節(jié)再寫(xiě)回去設(shè)備照樣能跑起來(lái)但行為已經(jīng)完全不是原來(lái)的邏輯了。這種場(chǎng)景在嵌入式圈子里其實(shí)并不少見(jiàn)尤其是那些部署在無(wú)人值守環(huán)境里的設(shè)備物理接觸幾乎不可避免。ATECC608A是Microchip推出的一顆安全協(xié)處理器屬于CryptoAuthentication系列。它內(nèi)部集成了密鑰存儲(chǔ)、硬件加密加速、真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器以及一套基于橢圓曲線的簽名與驗(yàn)證機(jī)制。和主控MCU配合使用時(shí)它可以承擔(dān)起安全引導(dǎo)鏈條中最關(guān)鍵的那一環(huán)——驗(yàn)證固件是否被篡改。這篇筆記要聊的就是圍繞ATECC608A搭建一套安全引導(dǎo)入門(mén)用例的完整過(guò)程。所謂安全引導(dǎo)簡(jiǎn)單說(shuō)就是設(shè)備上電后在把控制權(quán)交給應(yīng)用固件之前先驗(yàn)證固件的完整性和來(lái)源合法性。驗(yàn)證通過(guò)就繼續(xù)啟動(dòng)驗(yàn)證失敗就停在引導(dǎo)階段或者進(jìn)入恢復(fù)模式。ATECC608A在這里扮演的角色是那個(gè)“只認(rèn)簽名不認(rèn)人”的守門(mén)人。適合讀這篇內(nèi)容的人大概有三類(lèi)一是正在做物聯(lián)網(wǎng)終端安全方案選型的嵌入式工程師二是已經(jīng)拿到ATECC608A樣品、但對(duì)著數(shù)據(jù)手冊(cè)不知道從哪下手的開(kāi)發(fā)者三是對(duì)安全引導(dǎo)這個(gè)概念有耳聞、想找一個(gè)具體芯片來(lái)落地理解的愛(ài)好者。不管你是哪一類(lèi)這篇筆記都會(huì)從芯片的基本能力講起一路走到可以實(shí)際跑起來(lái)的驗(yàn)證流程中間會(huì)穿插我在調(diào)試過(guò)程中踩過(guò)的坑和總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)。需要提前說(shuō)明的是安全引導(dǎo)本身是一個(gè)系統(tǒng)工程涉及密鑰管理、簽名算法、存儲(chǔ)布局、啟動(dòng)流程等多個(gè)環(huán)節(jié)。這篇筆記聚焦在ATECC608A這顆芯片上把它在安全引導(dǎo)中的典型用法講清楚不會(huì)過(guò)度展開(kāi)到整個(gè)安全體系的頂層設(shè)計(jì)。但我會(huì)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上解釋為什么這樣設(shè)計(jì)以及如果換一種做法會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題。2. ATECC608A到底能做什么核心能力與安全引導(dǎo)的契合點(diǎn)2.1 芯片內(nèi)部有什么從密鑰存儲(chǔ)到簽名驗(yàn)證ATECC608A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以理解成一個(gè)專(zhuān)門(mén)為密碼學(xué)操作設(shè)計(jì)的小型保險(xiǎn)箱。它有幾個(gè)關(guān)鍵組成部分一是密鑰存儲(chǔ)區(qū)支持多個(gè)槽位每個(gè)槽位可以存放私鑰、公鑰或者數(shù)據(jù)二是硬件加密引擎支持ECC橢圓曲線密碼學(xué)的簽名、驗(yàn)證、密鑰協(xié)商等操作三是SHA-256哈希計(jì)算單元四是一個(gè)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器用于生成密鑰和隨機(jī)挑戰(zhàn)。在安全引導(dǎo)場(chǎng)景里最核心的能力是ECC簽名驗(yàn)證。具體來(lái)說(shuō)固件在發(fā)布前由開(kāi)發(fā)者的私鑰對(duì)固件鏡像的哈希值進(jìn)行簽名簽名結(jié)果和固件一起打包。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)引導(dǎo)程序先計(jì)算固件的哈希值然后調(diào)用ATECC608A用對(duì)應(yīng)的公鑰去驗(yàn)證簽名是否匹配。如果匹配說(shuō)明固件沒(méi)有被篡改且確實(shí)來(lái)自持有私鑰的一方。這里有一個(gè)設(shè)計(jì)上的關(guān)鍵點(diǎn)私鑰永遠(yuǎn)不需要離開(kāi)ATECC608A的存儲(chǔ)區(qū)。簽名操作可以在芯片內(nèi)部完成外部只能拿到簽名結(jié)果拿不到私鑰本身。這就避免了私鑰在主機(jī)端被提取的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于安全引導(dǎo)來(lái)說(shuō)這意味著即使設(shè)備的引導(dǎo)程序被逆向攻擊者也無(wú)法偽造合法的固件簽名。2.2 為什么選ECC而不是RSA資源與效率的權(quán)衡在嵌入式安全領(lǐng)域ECC和RSA是兩條主要的技術(shù)路線。ATECC608A選擇ECC背后有很實(shí)際的考量。RSA的安全性依賴(lài)于大數(shù)分解的困難性要達(dá)到等效安全強(qiáng)度密鑰長(zhǎng)度需要很長(zhǎng)。比如2048位的RSA密鑰安全強(qiáng)度大致相當(dāng)于224位的ECC密鑰。密鑰越長(zhǎng)存儲(chǔ)空間、計(jì)算時(shí)間和功耗都會(huì)上去。對(duì)于資源受限的嵌入式設(shè)備來(lái)說(shuō)ECC的優(yōu)勢(shì)很明顯。ATECC608A支持的ECC密鑰長(zhǎng)度是256位簽名和驗(yàn)證操作的耗時(shí)在毫秒級(jí)別功耗也控制在很低的水平。更重要的是芯片內(nèi)部只需要存儲(chǔ)256位的私鑰占用的存儲(chǔ)空間很小這對(duì)于槽位有限的密鑰存儲(chǔ)區(qū)來(lái)說(shuō)很關(guān)鍵。從安全引導(dǎo)的角度看ECC的簽名長(zhǎng)度也比RSA短很多。256位ECC的簽名大約是64字節(jié)而2048位RSA的簽名是256字節(jié)。固件鏡像的簽名數(shù)據(jù)需要和固件一起存儲(chǔ)簽名越短占用的存儲(chǔ)空間越小傳輸和校驗(yàn)的效率也越高。2.3 安全引導(dǎo)中的信任錨ATECC608A的位置安全引導(dǎo)的核心是建立一條信任鏈。信任鏈的起點(diǎn)是一個(gè)不可篡改的信任錨通常是一段固化在芯片內(nèi)部的代碼或者一個(gè)硬件安全模塊。ATECC608A在信任鏈中的位置就是那個(gè)存儲(chǔ)根公鑰的信任錨。具體來(lái)說(shuō)開(kāi)發(fā)者在生產(chǎn)階段把根公鑰寫(xiě)入ATECC608A的某個(gè)槽位并配置該槽位為只讀或者需要特定權(quán)限才能修改。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)引導(dǎo)程序從ATECC608A讀取這個(gè)公鑰用它來(lái)驗(yàn)證下一級(jí)固件的簽名。下一級(jí)固件里可能又包含了對(duì)更上層固件的驗(yàn)證邏輯這樣一層一層往上驗(yàn)證就形成了完整的信任鏈。這種設(shè)計(jì)的巧妙之處在于根公鑰被鎖定在硬件里軟件層面的攻擊很難篡改它。即使攻擊者能夠修改外部存儲(chǔ)中的固件也無(wú)法讓設(shè)備接受一個(gè)用錯(cuò)誤私鑰簽名的固件因?yàn)轵?yàn)證用的公鑰是硬件里那個(gè)改不掉的。注意根公鑰的寫(xiě)入和鎖定通常是一次性操作配置錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致芯片無(wú)法再次修改。在生產(chǎn)階段一定要先在小批量上驗(yàn)證流程確認(rèn)無(wú)誤后再批量操作。3. 動(dòng)手之前的準(zhǔn)備硬件、軟件與密鑰規(guī)劃3.1 硬件選型與連接方式ATECC608A的封裝形式有好幾種常見(jiàn)的是8引腳SOIC和UDFN。對(duì)于入門(mén)用例來(lái)說(shuō)最方便的是用現(xiàn)成的評(píng)估板或者 breakout 模塊。這類(lèi)模塊通常已經(jīng)把芯片的I2C引腳引出來(lái)供電和電平轉(zhuǎn)換也做好了可以直接和常見(jiàn)的開(kāi)發(fā)板連接。我用的是一塊基于STM32的開(kāi)發(fā)板作為主控通過(guò)I2C總線和ATECC608A通信。接線很簡(jiǎn)單VCC接3.3VGND接地SDA和SCL分別接主控的I2C引腳另外還有一根引腳用于單線模式或者GPIO控制入門(mén)階段可以先不接。需要注意的是ATECC608A的I2C地址是固定的默認(rèn)是0xC07位地址總線上如果有其他同地址的設(shè)備會(huì)沖突。供電方面ATECC608A的工作電壓范圍是2.0V到5.5V但I(xiàn)2C電平需要和主控匹配。如果主控是3.3V系統(tǒng)直接連就行如果是5V系統(tǒng)需要加電平轉(zhuǎn)換。我在調(diào)試時(shí)遇到過(guò)因?yàn)殡娖讲黄ヅ鋵?dǎo)致通信不穩(wěn)定的情況后來(lái)加了電平轉(zhuǎn)換芯片就正常了。3.2 軟件工具鏈從驅(qū)動(dòng)庫(kù)到配置工具M(jìn)icrochip為ATECC608A提供了比較完整的軟件支持。最基礎(chǔ)的是CryptoAuthLib這是一個(gè)開(kāi)源的C語(yǔ)言庫(kù)封裝了芯片的底層通信協(xié)議和常用操作。它支持多種平臺(tái)包括裸機(jī)、Linux、RTOS等移植起來(lái)不算復(fù)雜。除了驅(qū)動(dòng)庫(kù)還有一個(gè)叫Trust Platform Design Suite的工具用于生成配置文件和密鑰。這個(gè)工具可以幫你在不寫(xiě)代碼的情況下完成芯片的配置生成一個(gè)配置包然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)庫(kù)寫(xiě)入芯片。對(duì)于入門(mén)來(lái)說(shuō)這個(gè)工具能省去很多手動(dòng)配置寄存器的麻煩。我在實(shí)際使用中的體會(huì)是CryptoAuthLib的文檔雖然不算特別詳細(xì)但示例代碼比較全。建議先把庫(kù)里的示例跑通理解基本的讀寫(xiě)流程再根據(jù)自己的需求修改。另外庫(kù)的版本更新比較頻繁不同版本之間的API可能有變化建議鎖定一個(gè)穩(wěn)定版本不要盲目追新。3.3 密鑰規(guī)劃槽位分配與權(quán)限設(shè)置ATECC608A有16個(gè)密鑰槽位每個(gè)槽位可以獨(dú)立配置讀寫(xiě)權(quán)限和用途。在安全引導(dǎo)場(chǎng)景里至少需要規(guī)劃兩個(gè)槽位一個(gè)用于存儲(chǔ)根公鑰另一個(gè)用于存儲(chǔ)固件簽名驗(yàn)證用的公鑰。如果還需要支持密鑰輪換或者多級(jí)信任鏈可能需要更多槽位。槽位的權(quán)限配置是這一步的關(guān)鍵。根公鑰槽位應(yīng)該配置為只讀并且禁止外部讀取明文。驗(yàn)證用的公鑰槽位可以配置為可讀因?yàn)楣€本身不需要保密。私鑰槽位則應(yīng)該配置為不可讀只能用于內(nèi)部簽名操作。配置一旦寫(xiě)入并鎖定就無(wú)法再修改。所以在規(guī)劃階段一定要想清楚每個(gè)槽位的用途和權(quán)限。我建議在紙上畫(huà)一個(gè)槽位分配表把每個(gè)槽位的編號(hào)、用途、讀寫(xiě)權(quán)限、鎖定狀態(tài)都列清楚避免配置時(shí)搞混。槽位編號(hào)用途讀權(quán)限寫(xiě)權(quán)限鎖定狀態(tài)0根公鑰存儲(chǔ)允許禁止已鎖定1固件驗(yàn)證公鑰允許禁止已鎖定2設(shè)備私鑰禁止禁止已鎖定3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)允許允許未鎖定提示槽位0通常有特殊用途部分型號(hào)默認(rèn)用于存儲(chǔ)序列號(hào)或配置數(shù)據(jù)。在規(guī)劃時(shí)先查一下數(shù)據(jù)手冊(cè)確認(rèn)哪些槽位有特殊限制。4. 安全引導(dǎo)用例的完整實(shí)現(xiàn)過(guò)程4.1 第一步芯片初始化與配置寫(xiě)入拿到全新的ATECC608A芯片后第一步是初始化。芯片出廠時(shí)處于未配置狀態(tài)需要先執(zhí)行喚醒、檢查狀態(tài)、寫(xiě)入配置區(qū)等操作。CryptoAuthLib里提供了atcab_init和atcab_config_zone_write等函數(shù)來(lái)完成這些步驟。配置區(qū)的寫(xiě)入需要格外小心。配置區(qū)包含了芯片的各種參數(shù)比如I2C地址、睡眠模式、看門(mén)狗設(shè)置等。如果寫(xiě)錯(cuò)了芯片可能無(wú)法正常通信。我的做法是先用Trust Platform Design Suite生成一個(gè)配置文件然后在代碼里讀取這個(gè)文件并寫(xiě)入芯片。寫(xiě)入完成后一定要執(zhí)行鎖定操作否則配置區(qū)可以被反復(fù)修改安全性無(wú)從談起。鎖定配置區(qū)是一個(gè)不可逆的操作。執(zhí)行atcab_lock_config_zone之后配置區(qū)就變成只讀了。在鎖定之前建議先讀取配置區(qū)的內(nèi)容和預(yù)期值逐字節(jié)比對(duì)確認(rèn)無(wú)誤后再鎖定。我就遇到過(guò)因?yàn)榕渲梦募姹静粚?duì)導(dǎo)致鎖定后芯片行為異常的情況最后只能換芯片。4.2 第二步密鑰生成與公鑰導(dǎo)出配置鎖定后下一步是生成密鑰對(duì)。ATECC608A支持在芯片內(nèi)部生成ECC密鑰對(duì)私鑰永遠(yuǎn)不出芯片公鑰可以導(dǎo)出。生成密鑰的命令是atcab_genkey傳入槽位編號(hào)芯片會(huì)生成一個(gè)新的密鑰對(duì)并存儲(chǔ)在該槽位。公鑰導(dǎo)出后需要保存到主機(jī)端用于后續(xù)的簽名驗(yàn)證。導(dǎo)出的公鑰是一個(gè)64字節(jié)的數(shù)據(jù)包含X和Y坐標(biāo)各32字節(jié)。在實(shí)際使用中通常還需要對(duì)公鑰進(jìn)行哈?；蛘呔幋a以便嵌入到引導(dǎo)程序或者證書(shū)中。這里有一個(gè)細(xì)節(jié)需要注意ATECC608A生成的密鑰對(duì)是基于P-256曲線的這是NIST定義的一條標(biāo)準(zhǔn)曲線。在驗(yàn)證簽名時(shí)主機(jī)端也需要使用相同的曲線參數(shù)。如果主機(jī)端用的是其他曲線驗(yàn)證會(huì)失敗。我在第一次調(diào)試時(shí)就是因?yàn)橹鳈C(jī)端默認(rèn)用了另一條曲線導(dǎo)致驗(yàn)證一直不通過(guò)排查了很久才發(fā)現(xiàn)是曲線參數(shù)不匹配。4.3 第三步固件簽名與簽名數(shù)據(jù)打包固件簽名是在發(fā)布階段完成的。流程是先計(jì)算固件鏡像的SHA-256哈希值然后調(diào)用ATECC608A用私鑰對(duì)這個(gè)哈希值進(jìn)行簽名。簽名結(jié)果是一個(gè)64字節(jié)的數(shù)據(jù)需要和固件一起打包。打包的格式可以自己定義常見(jiàn)的方式是在固件頭部加一個(gè)簽名區(qū)包含簽名數(shù)據(jù)、公鑰標(biāo)識(shí)、固件長(zhǎng)度等信息。引導(dǎo)程序在啟動(dòng)時(shí)先讀取這個(gè)頭部提取簽名和固件長(zhǎng)度然后計(jì)算固件主體的哈希值最后調(diào)用ATECC608A驗(yàn)證簽名。這里有一個(gè)容易忽略的點(diǎn)哈希計(jì)算的范圍必須和簽名時(shí)完全一致。如果簽名時(shí)是對(duì)整個(gè)固件鏡像計(jì)算哈希驗(yàn)證時(shí)也必須對(duì)整個(gè)鏡像計(jì)算不能只算一部分。我在實(shí)際項(xiàng)目中遇到過(guò)因?yàn)楹灻万?yàn)證的哈希范圍不一致導(dǎo)致驗(yàn)證失敗的情況。后來(lái)在代碼里加了一個(gè)宏定義把哈希范圍固定下來(lái)兩邊都用同一個(gè)宏避免了人為錯(cuò)誤。4.4 第四步引導(dǎo)程序中的驗(yàn)證流程實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)程序的驗(yàn)證流程是整個(gè)安全引導(dǎo)的核心。大致步驟如下設(shè)備上電引導(dǎo)程序首先初始化ATECC608A檢查通信是否正常。從外部存儲(chǔ)讀取固件頭部提取簽名數(shù)據(jù)和固件長(zhǎng)度。計(jì)算固件主體的SHA-256哈希值。調(diào)用ATECC608A的驗(yàn)證命令傳入公鑰槽位、哈希值和簽名數(shù)據(jù)。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果決定是否跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用固件。驗(yàn)證命令是atcab_verify它需要幾個(gè)參數(shù)公鑰槽位編號(hào)、待驗(yàn)證的哈希值、簽名數(shù)據(jù)、以及一個(gè)輸出參數(shù)用于返回驗(yàn)證結(jié)果。如果驗(yàn)證通過(guò)芯片會(huì)返回一個(gè)成功標(biāo)志如果失敗返回錯(cuò)誤碼。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中我建議把驗(yàn)證流程封裝成一個(gè)獨(dú)立的函數(shù)輸入是固件存儲(chǔ)地址和長(zhǎng)度輸出是驗(yàn)證結(jié)果。這樣便于在不同的啟動(dòng)階段復(fù)用也方便單獨(dú)測(cè)試。另外驗(yàn)證失敗后的處理策略也需要提前規(guī)劃是停在引導(dǎo)階段等待恢復(fù)還是進(jìn)入一個(gè)受限的恢復(fù)模式取決于設(shè)備的使用場(chǎng)景。注意驗(yàn)證操作本身需要一定的時(shí)間具體取決于芯片的時(shí)鐘頻率和I2C速度。在低功耗場(chǎng)景下需要評(píng)估驗(yàn)證耗時(shí)對(duì)啟動(dòng)時(shí)間的影響。5. 調(diào)試過(guò)程中遇到的典型問(wèn)題與排查方法5.1 通信失敗I2C層面的常見(jiàn)故障ATECC608A的I2C通信是最容易出問(wèn)題的地方。常見(jiàn)現(xiàn)象包括無(wú)法喚醒芯片、讀寫(xiě)超時(shí)、返回?cái)?shù)據(jù)全為0或全為0xFF。排查時(shí)可以從以下幾個(gè)方面入手。首先檢查硬件連接。用示波器或者邏輯分析儀抓一下SDA和SCL的波形確認(rèn)時(shí)鐘頻率是否在芯片支持的范圍內(nèi)。ATECC608A支持標(biāo)準(zhǔn)模式100kHz和快速模式400kHz但實(shí)際使用時(shí)建議先用100kHz調(diào)試穩(wěn)定后再提高速度。我在調(diào)試時(shí)遇到過(guò)因?yàn)樯侠娮枳柚挡缓线m導(dǎo)致波形上升沿太緩的情況換了小一點(diǎn)的電阻就正常了。其次檢查I2C地址。ATECC608A的默認(rèn)地址是0xC0但有些模塊可能通過(guò)引腳配置改變了地址。用I2C掃描工具掃一下總線確認(rèn)設(shè)備地址是否正確。如果總線上有多個(gè)設(shè)備還要注意地址沖突的問(wèn)題。最后檢查電源。ATECC608A在喚醒和加密操作時(shí)會(huì)有瞬態(tài)電流如果電源去耦不充分可能導(dǎo)致電壓跌落通信中斷。建議在VCC引腳附近加一個(gè)0.1uF的陶瓷電容必要時(shí)再加一個(gè)1uF的鉭電容。5.2 驗(yàn)證失敗簽名與哈希的匹配問(wèn)題驗(yàn)證失敗是安全引導(dǎo)調(diào)試中最常見(jiàn)的問(wèn)題之一?？赡艿脑蛴泻芏嗯挪闀r(shí)可以按照以下順序進(jìn)行。先確認(rèn)公鑰是否正確。從ATECC608A導(dǎo)出的公鑰和主機(jī)端用于驗(yàn)證的公鑰必須是同一對(duì)密鑰。如果公鑰不匹配驗(yàn)證必然失敗?？梢栽谥鳈C(jī)端用同樣的公鑰對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證如果主機(jī)端驗(yàn)證通過(guò)而芯片端失敗說(shuō)明問(wèn)題出在芯片端如果兩端都失敗說(shuō)明簽名或者哈希有問(wèn)題。再確認(rèn)哈希計(jì)算范圍是否一致。簽名時(shí)對(duì)哪些數(shù)據(jù)計(jì)算了哈希驗(yàn)證時(shí)也必須對(duì)同樣的數(shù)據(jù)計(jì)算哈希。任何字節(jié)的差異都會(huì)導(dǎo)致哈希值不同進(jìn)而導(dǎo)致驗(yàn)證失敗。建議在簽名和驗(yàn)證的代碼里使用同一個(gè)函數(shù)來(lái)計(jì)算哈希避免手動(dòng)實(shí)現(xiàn)帶來(lái)的差異。最后確認(rèn)簽名數(shù)據(jù)的格式。ATECC608A的簽名結(jié)果是64字節(jié)包含R和S兩個(gè)分量各32字節(jié)。有些庫(kù)或者工具會(huì)對(duì)簽名進(jìn)行DER編碼編碼后的長(zhǎng)度會(huì)變化。如果簽名數(shù)據(jù)在傳輸或存儲(chǔ)過(guò)程中被編碼或解碼需要確保驗(yàn)證時(shí)傳入的是原始格式。5.3 配置鎖定后的異常不可逆操作的后果配置區(qū)鎖定后如果發(fā)現(xiàn)芯片行為異?；旧蠜](méi)有挽回的余地。我遇到過(guò)兩種情況一種是鎖定后I2C地址變了導(dǎo)致無(wú)法通信另一種是鎖定后某個(gè)槽位的權(quán)限配置錯(cuò)誤導(dǎo)致密鑰無(wú)法使用。避免這類(lèi)問(wèn)題的唯一方法是在鎖定前充分測(cè)試。具體來(lái)說(shuō)可以在未鎖定狀態(tài)下把所有功能跑一遍包括密鑰生成、簽名、驗(yàn)證、讀寫(xiě)槽位等。確認(rèn)所有操作都符合預(yù)期后再執(zhí)行鎖定。另外建議保留幾顆未鎖定的芯片作為備用萬(wàn)一鎖定后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題還有回旋的余地。如果確實(shí)遇到了鎖定后異常的情況可以嘗試用單線模式或者GPIO喚醒的方式重新建立通信。有些異常是因?yàn)樾酒M(jìn)入了低功耗模式或者睡眠模式通過(guò)特定的喚醒序列可以恢復(fù)。但如果配置區(qū)本身寫(xiě)錯(cuò)了那就只能更換芯片了。5.4 常見(jiàn)問(wèn)題速查表現(xiàn)象可能原因排查方法解決措施無(wú)法喚醒芯片電源不穩(wěn)、I2C地址錯(cuò)誤檢查供電、掃描I2C總線加去耦電容、確認(rèn)地址讀寫(xiě)超時(shí)時(shí)鐘頻率過(guò)高、上拉電阻不合適降低時(shí)鐘頻率、檢查波形調(diào)整上拉電阻、降速驗(yàn)證失敗公鑰不匹配、哈希范圍不一致對(duì)比公鑰、檢查哈希計(jì)算范圍統(tǒng)一公鑰和哈希范圍簽名失敗私鑰槽位權(quán)限錯(cuò)誤、密鑰未生成檢查槽位配置、確認(rèn)密鑰存在重新配置槽位、生成密鑰配置鎖定后異常配置參數(shù)錯(cuò)誤、鎖定操作不可逆鎖定前充分測(cè)試更換芯片、重新配置6. 從入門(mén)用例到實(shí)際部署還需要考慮什么6.1 密鑰的生命周期管理入門(mén)用例里密鑰的生成、使用和存儲(chǔ)都比較簡(jiǎn)單。但在實(shí)際部署中密鑰的生命周期管理是一個(gè)需要認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。密鑰從哪里來(lái)、怎么分發(fā)到設(shè)備、怎么更新、怎么撤銷(xiāo)這些環(huán)節(jié)都需要有明確的流程。對(duì)于ATECC608A來(lái)說(shuō)私鑰可以在芯片內(nèi)部生成不需要外部注入這簡(jiǎn)化了密鑰分發(fā)的環(huán)節(jié)。但公鑰的分發(fā)和信任建立仍然需要一套機(jī)制。常見(jiàn)的方式是使用證書(shū)鏈根證書(shū)的公鑰存儲(chǔ)在ATECC608A里設(shè)備證書(shū)由根證書(shū)簽名固件簽名使用設(shè)備證書(shū)對(duì)應(yīng)的私鑰。這樣在驗(yàn)證固件時(shí)可以先驗(yàn)證設(shè)備證書(shū)再驗(yàn)證固件簽名形成完整的信任鏈。密鑰更新是一個(gè)更復(fù)雜的問(wèn)題。ATECC608A的槽位一旦鎖定密鑰就無(wú)法直接替換。如果需要支持密鑰更新需要在規(guī)劃階段預(yù)留可寫(xiě)的槽位或者設(shè)計(jì)一套密鑰派生機(jī)制用根密鑰派生出不同版本的子密鑰。6.2 固件更新的安全引導(dǎo)銜接安全引導(dǎo)不僅要在啟動(dòng)時(shí)驗(yàn)證固件在固件更新時(shí)也需要驗(yàn)證新固件的合法性。否則攻擊者可以通過(guò)更新流程植入惡意固件。固件更新的驗(yàn)證流程和啟動(dòng)驗(yàn)證類(lèi)似但多了一個(gè)寫(xiě)入外部存儲(chǔ)的步驟。典型的流程是設(shè)備接收到新固件后先驗(yàn)證簽名驗(yàn)證通過(guò)后再寫(xiě)入外部存儲(chǔ)然后重啟進(jìn)入新的固件。如果驗(yàn)證失敗拒絕寫(xiě)入并保持當(dāng)前固件運(yùn)行。這里需要注意的是寫(xiě)入過(guò)程中如果斷電可能導(dǎo)致固件不完整。所以通常需要設(shè)計(jì)一個(gè)雙分區(qū)或者備份機(jī)制確保更新失敗后設(shè)備仍然可以啟動(dòng)。ATECC608A在固件更新中的角色仍然是提供簽名驗(yàn)證服務(wù)。由于驗(yàn)證操作在芯片內(nèi)部完成即使更新程序被篡改也無(wú)法繞過(guò)簽名驗(yàn)證。這為固件更新提供了一層硬件級(jí)的安全保障。6.3 性能與功耗的平衡ATECC608A的加密操作會(huì)消耗一定的功耗和時(shí)間。在電池供電的設(shè)備中需要在安全性和功耗之間做平衡。一個(gè)常見(jiàn)的做法是只在啟動(dòng)時(shí)驗(yàn)證一次固件運(yùn)行期間不再重復(fù)驗(yàn)證。這樣可以減少加密操作的次數(shù)降低平均功耗。另一個(gè)優(yōu)化點(diǎn)是驗(yàn)證的時(shí)機(jī)。如果設(shè)備支持低功耗休眠可以在喚醒后先不驗(yàn)證等到需要執(zhí)行關(guān)鍵操作時(shí)再驗(yàn)證。但這樣做會(huì)引入一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)窗口在驗(yàn)證之前設(shè)備可能已經(jīng)執(zhí)行了部分未驗(yàn)證的代碼。所以這種優(yōu)化需要謹(jǐn)慎評(píng)估確保不會(huì)削弱安全引導(dǎo)的效果。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看ATECC608A完成一次ECC簽名驗(yàn)證的耗時(shí)在幾十毫秒左右具體取決于I2C速度和芯片時(shí)鐘。功耗方面一次驗(yàn)證操作的能耗在毫安時(shí)級(jí)別對(duì)于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)是可以接受的。6.4 安全引導(dǎo)的邊界與局限安全引導(dǎo)能解決固件完整性和來(lái)源合法性的問(wèn)題但它不是萬(wàn)能的。它無(wú)法防止物理層面的攻擊比如探針讀取芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)、故障注入改變驗(yàn)證結(jié)果等。ATECC608A本身有一定的防篡改設(shè)計(jì)比如主動(dòng)屏蔽層、加密存儲(chǔ)等但這些措施的效果取決于具體的攻擊手段和投入成本。另外安全引導(dǎo)依賴(lài)于引導(dǎo)程序本身的正確性。如果引導(dǎo)程序存在漏洞攻擊者可能通過(guò)漏洞繞過(guò)驗(yàn)證。所以引導(dǎo)程序的代碼需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全審計(jì)盡量減少攻擊面。在實(shí)際項(xiàng)目中我通常會(huì)把引導(dǎo)程序做得盡可能小只保留必要的驗(yàn)證和跳轉(zhuǎn)邏輯其他功能都放到應(yīng)用固件里。從整體安全體系來(lái)看安全引導(dǎo)是其中一環(huán)還需要配合安全啟動(dòng)、安全通信、安全存儲(chǔ)等其他機(jī)制才能形成完整的防護(hù)。ATECC608A作為一顆安全協(xié)處理器可以在多個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮作用但具體怎么用取決于整體的安全需求和威脅模型。我個(gè)人在實(shí)際操作中的體會(huì)是安全引導(dǎo)的調(diào)試過(guò)程比較考驗(yàn)?zāi)托挠绕涫巧婕暗矫荑€和簽名的環(huán)節(jié)任何一個(gè)細(xì)節(jié)出錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致驗(yàn)證失敗。建議在每一步都做好記錄把公鑰、哈希值、簽名數(shù)據(jù)都保存下來(lái)方便對(duì)比排查。另外不要等到產(chǎn)品快發(fā)布時(shí)才引入安全引導(dǎo)最好在項(xiàng)目初期就把安全需求考慮進(jìn)去這樣在硬件選型和軟件架構(gòu)上都有更大的調(diào)整空間。