原標(biāo)題：使用PSoC 64保護(hù)嵌入式系統(tǒng)

使用PSoC 64保護(hù)嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)在現(xiàn)代技術(shù)中扮演著關(guān)鍵角色，從消費(fèi)電子到工業(yè)控制，再到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備。隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，嵌入式系統(tǒng)面臨的安全威脅也越來(lái)越多。保護(hù)這些系統(tǒng)免受各種攻擊和入侵變得至關(guān)重要。Cypress的PSoC 64 Secure MCU系列提供了一種有效的解決方案，它不僅提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力，還集成了豐富的安全特性，能夠有效保護(hù)嵌入式系統(tǒng)的安全。

PSoC 64系列概述

PSoC 64是Cypress（現(xiàn)為Infineon Technologies的一部分）推出的一系列安全微控制器（MCU），專(zhuān)為需要高安全性和靈活性的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。PSoC 64 MCU的核心特性包括：

• Arm? Cortex?-M4和Cortex?-M0+雙核架構(gòu)：其中Cortex-M4用于執(zhí)行高性能任務(wù)，而Cortex-M0+用于執(zhí)行安全相關(guān)任務(wù)。

• 高級(jí)安全特性：包括硬件信任根、硬件加密引擎、密鑰存儲(chǔ)和管理、安全啟動(dòng)（Secure Boot）和安全固件更新（Secure Firmware Update）。

• 豐富的外設(shè)和可編程特性：包括可編程模擬前端（AFE）、數(shù)字和模擬外設(shè)、可編程I/O等。

主控芯片型號(hào)

PSoC 64系列包括多個(gè)型號(hào)，以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。以下是一些主要的PSoC 64芯片型號(hào)及其特點(diǎn)：

1. CYB06447BZI-BLD53：

• 雙核架構(gòu)：Arm Cortex-M4 @ 150 MHz 和 Cortex-M0+ @ 100 MHz

• 1MB Flash 和 256KB SRAM

• 集成硬件信任根和硬件加密引擎

• 豐富的可編程外設(shè)，包括ADC、DAC、I2C、SPI、UART等

• 廣泛的工作溫度范圍：-40°C 至 +105°C

2. CYB06445BZI-BLD53：

• 雙核架構(gòu)：Arm Cortex-M4 @ 150 MHz 和 Cortex-M0+ @ 100 MHz

• 512KB Flash 和 256KB SRAM

• 類(lèi)似的安全特性和可編程外設(shè)配置

3. CYB06446BZI-S2D44：

• 雙核架構(gòu)：Arm Cortex-M4 @ 150 MHz 和 Cortex-M0+ @ 100 MHz

• 1MB Flash 和 256KB SRAM

• 適用于更多外設(shè)集成和高安全性應(yīng)用

PSoC 64在設(shè)計(jì)中的作用

硬件信任根

硬件信任根（Root of Trust, RoT）是PSoC 64系列MCU的核心安全特性之一。RoT提供了一個(gè)安全的基礎(chǔ)，用于啟動(dòng)系統(tǒng)的安全功能。它通過(guò)加密引擎和安全密鑰管理機(jī)制，確保系統(tǒng)能夠進(jìn)行安全啟動(dòng)和固件驗(yàn)證，防止未經(jīng)授權(quán)的代碼運(yùn)行。

安全啟動(dòng)（Secure Boot）

安全啟動(dòng)是保護(hù)嵌入式系統(tǒng)的重要機(jī)制，確保系統(tǒng)從上電到操作系統(tǒng)啟動(dòng)的整個(gè)過(guò)程都是可信的。PSoC 64的安全啟動(dòng)功能通過(guò)驗(yàn)證啟動(dòng)代碼的完整性和真實(shí)性，防止惡意軟件篡改系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程。安全啟動(dòng)通常包括以下步驟：

1. 啟動(dòng)ROM代碼：在上電或復(fù)位時(shí)，MCU首先執(zhí)行ROM中的安全啟動(dòng)代碼。

2. 固件驗(yàn)證：?jiǎn)?dòng)代碼使用存儲(chǔ)在RoT中的密鑰對(duì)固件進(jìn)行驗(yàn)證，確保其未被篡改。

3. 執(zhí)行可信固件：只有在驗(yàn)證通過(guò)后，系統(tǒng)才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行主固件。

硬件加密引擎

PSoC 64 MCU內(nèi)置硬件加密引擎，支持多種加密算法，如AES、RSA、ECC等。硬件加密引擎相比于軟件實(shí)現(xiàn)具有更高的性能和更低的功耗，同時(shí)還提供了更強(qiáng)的抗攻擊能力。硬件加密引擎在以下方面起到重要作用：

• 數(shù)據(jù)加密和解密：確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中的機(jī)密性。

• 數(shù)字簽名和驗(yàn)證：保證數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性，防止數(shù)據(jù)被篡改。

• 密鑰管理：安全存儲(chǔ)和管理加密密鑰，防止密鑰泄露。

安全固件更新（Secure Firmware Update）

嵌入式系統(tǒng)的固件需要定期更新以修復(fù)漏洞和增加新功能。PSoC 64系列提供了安全固件更新機(jī)制，確保在更新過(guò)程中固件的完整性和真實(shí)性。安全固件更新通常包括以下步驟：

1. 固件加密：使用硬件加密引擎對(duì)新固件進(jìn)行加密。

2. 固件簽名：使用私鑰對(duì)固件進(jìn)行數(shù)字簽名。

3. 固件傳輸和驗(yàn)證：將加密和簽名的固件傳輸?shù)皆O(shè)備，并使用RoT中的公鑰進(jìn)行驗(yàn)證。

4. 固件解密和安裝：驗(yàn)證通過(guò)后，對(duì)固件進(jìn)行解密并安裝。

安全通信

在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)通常需要與其他設(shè)備或云端進(jìn)行通信。PSoC 64的安全特性確保通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)安全：

• TLS/SSL協(xié)議支持：通過(guò)硬件加密引擎實(shí)現(xiàn)TLS/SSL協(xié)議，確保通信鏈路的機(jī)密性和完整性。

• 身份驗(yàn)證：使用數(shù)字證書(shū)和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）進(jìn)行設(shè)備身份驗(yàn)證，防止未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)例分析：智能家居中的應(yīng)用

在智能家居系統(tǒng)中，設(shè)備之間的互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸需要高度的安全保障。PSoC 64 MCU可以用于以下智能家居設(shè)備的安全設(shè)計(jì)：

1. 智能門(mén)鎖：使用安全啟動(dòng)和硬件信任根，確保固件安全并防止未經(jīng)授權(quán)的固件篡改。同時(shí)，硬件加密引擎用于加密門(mén)鎖與手機(jī)應(yīng)用之間的通信，確保開(kāi)鎖指令的安全傳輸。

2. 智能攝像頭：通過(guò)硬件加密引擎加密視頻數(shù)據(jù)，并使用TLS/SSL協(xié)議保障數(shù)據(jù)上傳至云端的安全性。使用安全固件更新機(jī)制，確保攝像頭固件及時(shí)更新且不受攻擊者影響。

3. 智能電器控制：使用PSoC 64的安全通信和身份驗(yàn)證功能，確保智能電器控制指令的安全傳輸和執(zhí)行，防止攻擊者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)篡改控制指令。

結(jié)論

PSoC 64系列安全MCU通過(guò)其強(qiáng)大的硬件信任根、安全啟動(dòng)、硬件加密引擎、安全固件更新和安全通信等特性，為嵌入式系統(tǒng)提供了全方位的安全保障。無(wú)論是在智能家居、工業(yè)控制還是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，PSoC 64都能夠有效應(yīng)對(duì)各種安全威脅，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。在選擇和設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，充分利用PSoC 64的安全特性，將顯著提升系統(tǒng)的安全水平。