應(yīng)用嵌入式芯片構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備的設(shè)計(jì)方案

　　實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全與保護(hù)的一個(gè)較理想的選擇就是用嵌入式處理器芯片(即DALLAS Semicon-ductor的DS5250高速安全微處理器)構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。

　　設(shè)計(jì)思想

　　之所以選用嵌入式處理器芯片作為網(wǎng)絡(luò)安全平臺，核心就在于它能實(shí)現(xiàn)一種安全協(xié)處理器的獨(dú)特功能。

　　使用它可將系統(tǒng)的處理功能分為安全功能和非安全功能。其安全功能包括那些使用和保護(hù)加密密鑰、口令、個(gè)人身份識別碼(PIN)和其它知識產(chǎn)權(quán)的功能。由此，不需要安全機(jī)制的系統(tǒng)功能要由非安全處理器完成。為非安全系統(tǒng)加入安全協(xié)處理器提高了系統(tǒng)的安全級別，而不用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)。

　　簡單地配置一個(gè)安全協(xié)處理器會(huì)提高包含其它主要部件的系統(tǒng)安全性。安全協(xié)處理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)中與安全性相關(guān)的任務(wù)，允許非安全處理器去完成主要的系統(tǒng)功能。這種功能上的分離簡化了設(shè)計(jì)流程，并且提高了系統(tǒng)性能。如表所示，其應(yīng)用大致可以分為以下幾方面的安全性和非安全性功能。

　　非安全處理器可能會(huì)是ARM、SHARC、POWER PC等，并可以使用非易失性存儲(chǔ)器，如閃存或EPROM。在非安全處理器和安全處理器之間一般會(huì)有專用的串行通信信道來傳送狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)。必須仔細(xì)地設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以保證安全處理器不會(huì)被攻破的非安全處理器欺騙，而泄露受保護(hù)的信息。

　　安全協(xié)處理器的主要功能是為存儲(chǔ)口令、PIN碼和私有密鑰提供空間。這樣的器件必須是專用的，并整合強(qiáng)有力的加密功能，而且還要足夠靈活，以支持各種系統(tǒng)級的安全功能。安全協(xié)處理器的重要特性如下：

　　為保密數(shù)據(jù)包括口令、PIN碼和加密密鑰提供安全保護(hù)。保存這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器總線必須使用強(qiáng)大的加密技術(shù)進(jìn)行加密，如DES或其它類似算法。這種存儲(chǔ)器保護(hù)允許安全協(xié)處理器和應(yīng)用作為一個(gè)整體來保證安全交易可信無誤。

　　必須采用主動(dòng)防入侵檢測功能，來檢測物理以及環(huán)境的(電壓或溫度變化)入侵，它還應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)外圍級別的入侵企圖，例如毀壞外殼。

　　一旦發(fā)現(xiàn)入侵，必須使用主動(dòng)防入侵響應(yīng)。一旦檢測到入侵事件，安全協(xié)處理器必須能夠?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)迅速清零或擦除，從而消除被敵手恢復(fù)的機(jī)會(huì)。在如此短的時(shí)間內(nèi)能實(shí)現(xiàn)擦除的存儲(chǔ)器技術(shù)只有SRAM。

　　必須能夠檢測到代碼替換，并阻止多種側(cè)面攻擊，一旦檢測到，器件必須執(zhí)行防入侵響應(yīng)。

　　包括入侵檢測和存儲(chǔ)器清零的安全功能，即使在主系統(tǒng)電源切斷的情況下，也必須能起作用。

　　可為應(yīng)用軟件提供加密硬件，以支持系統(tǒng)級的加密需求。如圖所示，該圖為一個(gè)由嵌入式系統(tǒng)所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備方框圖。

　　上圖顯示了連接系統(tǒng)外圍設(shè)備的通用CPU，該CPU具有自己專用的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中不包含機(jī)密信息。安全協(xié)處理器和安全通信信道相連，并且還為通用處理器提供加密功能。安全協(xié)處理器的加密保護(hù)構(gòu)建了一個(gè)加密邊界，以保護(hù)所有的重要數(shù)據(jù)不會(huì)被竊取。此外，任何為通用CPU進(jìn)行的系統(tǒng)級加密計(jì)算都能夠在加密邊界內(nèi)安全完成。在一個(gè)設(shè)計(jì)正確的系統(tǒng)中，機(jī)密或受保護(hù)的信息永遠(yuǎn)不會(huì)在加密邊界之外，作為明碼文本而被得到。

　　安全特性

　　應(yīng)該說DS5250高速安全微控制器正是一種滿足這些需求的安全協(xié)處理器。作為安全微控制器系列的一員，DS5250高速安全微控制器是一種高度安全的，每機(jī)器周期包含4個(gè)時(shí)鐘周期并且與8051指令集兼容的微處理器。DS5250包含一組傳感器，用來探測物理上攻擊管芯的企圖和操控環(huán)境條件高／低變化的行為?？蛇x擇通過一個(gè)塊校驗(yàn)來檢測強(qiáng)制執(zhí)行隨機(jī)指令的企圖，從而保護(hù)程序存儲(chǔ)器。當(dāng)檢測到這些攻擊時(shí)，器件執(zhí)行一個(gè)破壞性的存儲(chǔ)器復(fù)位，使其擦除內(nèi)部加密密鑰、所有的內(nèi)部MOVX SRAM以及在某些情況下甚至包括外部加密SRAM。一旦擦除掉內(nèi)部加密密鑰，外部加密存儲(chǔ)器就無法破解。