基于MAXQ1850的雙芯片架構的支付終端設計

　　第三種方法，也是隨著PCI PED認證的普及而被廣泛用于安全金融終端的方法，即選擇融合高集成度、高性能μC的單芯片架構(圖3)。與通用微控制器一樣，這些μC采用了最新的半導體制造工藝;具有多種通信接口，例如USB、SPI和智能卡;并且支持功能豐富的操作系統(tǒng)，例如Linux? OS。這些微控制器嵌入了高速現(xiàn)代處理器，能夠管理大容量外部存儲器，例如NOR和NAND閃存，以及各種各樣的RAM。

　　圖3. 大多數(shù)小尺寸終端架構采用的單片μC包括了所有必要的安全功能。

　　與安全管理器一樣，這些器件嵌入了安全NV SRAM和篡改/監(jiān)測傳感器。與配套芯片一樣，這些器件運行安全加密算法，例如3DES、AES和RSA，抵御功率差分析(DPA)和簡單的功率分析(SPA)。高集成度設計在安全保護能力和材料清單(BOM)均具備強大優(yōu)勢。

　　安全機制集成在硅片內，能夠對其進行攻擊手段將非常復雜。集成保證了啟動的完整信任鏈，也適用于處理緊急事件和報警—報警信號不會被切斷。由于電路功能已經(jīng)集成在一個芯片中，所以降低了鏈路缺陷造成的不良風險。使用集成的外部存儲器加密引擎時，無需額外的安全防護。

　　這種高集成度設計也有益于軟件的安全保護，因為安全機制依賴于強大的硬件功能和標準化機制，例如，存儲器管理單元(MMU)。注意，在單芯片方案中由軟件區(qū)分敏感數(shù)據(jù)和非敏感數(shù)據(jù)，雙芯片架構中則由硬件電路實現(xiàn)。軟件以三種形式劃分數(shù)據(jù)的安全等級，各有優(yōu)缺點。第一種方法是采用“管理程序”，將敏感和非敏感數(shù)據(jù)分配到獨立的存儲單元;第二種方法則利用操作系統(tǒng)，例如Linux，直接進行劃分;第三種方法利用Java?軟件或Java類虛擬器處理獨立的安全程序。

　　多合一集成減少了所需的芯片數(shù)量，縮小PCB面積，允許使用更靈活的外形規(guī)格，從而簡化了終端設計。另外，由于只需要單個工具鏈、僅支持一個μC核，有助于加快開發(fā)進程。Maxim提供各種高集成度、16至32位安全μC，工作速率高達200MHz。

　　選擇安全μC時，應該選擇能提供PCI PTS實驗室出具的安全評估報告的微控制器。該報告證明經(jīng)過了完整實驗室測試，測試結論表明了芯片廠家的專業(yè)水平，以及安全芯片所能達到的水平。第二項考慮是終端設計的難易程度。簡單程度既依賴于μC特性，又依賴于廠家支持團隊的力量。您應該尋求集成了關鍵功能的μC，例如存儲器、時間記錄和防篡改監(jiān)測，因為這種高集成度簡化了PCB布線，以更小尺寸支持關鍵的安全特性。Maxim加入了PCI SSC組織，并堅持以最先進的安全μC服務于PCI SSC市場。

　　采用ARM926?內核的高性能、32位安全微控制器MAX32590 (“JIBE”)就是一款這樣的μC。器件的低功耗特性能夠在400MHz時提供卓越的性能。安全特性包括：具有瞬間擦除能力的2KB安全存儲器、安全實時時鐘(RTC)、以及檢測任何入侵的內部環(huán)境動態(tài)監(jiān)測傳感器。易失和非易失外部存儲器(如：NAND、NOR和LPDDR)由新一代強大的AES-128加密/數(shù)據(jù)完整性驗證功能完全保護。所提供的配套軟件包括：預認證POI參考設計、安全Linux OS、加密庫、EMV L1庫和PCI PTS幫助工具。

　　通過PCI PTS 3.x認證的參考設計

　　Maxim的參考設計(USIPOS)能夠幫助構建高度可靠的終端產(chǎn)品，確保通過PCI評估。通過PCI PTS 3.x測試的參考設計為您的終端提供最便捷的渠道，使其順利通過認證。USIPOS參考設計的關鍵特性包括：無網(wǎng)格架構、獲得PCI PTS 3.x批準，提供經(jīng)過優(yōu)化的硬件BOM、安全的Linux OS和EMV L1及加密庫文件和硬件/軟件設計指南。從Maxim的設計方案、電路布局和BOM入手，定制設計并集成到您的設備中，從而以最低的風險和成本將您的產(chǎn)品快速推向市場。

　　安全島

　　除安全芯片及其管理的資產(chǎn)外，其它資產(chǎn)，例如PIN，也是攻擊目標。作為預防措施，利用安全芯片外部的傳感器提供保護，防止對終端設備的物理篡改。由此構建的安全機制既高效，又容易集成，并且任何報警都會立即觸發(fā)擦除安全存儲器。這些傳感器往往監(jiān)測的是片外環(huán)境，監(jiān)測電路可以很好地保證其它物理區(qū)域的安全—例如，PIN所處的區(qū)域。最后，終端制造商必須具備足夠的技能和知識，正確管理報警檢測機制。由安全芯片管理報警的傳播和相應的操作。

　　對于PIN和持卡人賬戶數(shù)據(jù)等文本數(shù)據(jù)可通過鍵盤、磁條和智能卡獲取。因此，除了安全芯片本身采取措施外，這三個區(qū)域都需要各自的安全保護措施。資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)只能暴露在這些設施以內，這也是我們稱其為“安全島”的原因(圖4)。

　　圖4. 支付終端中，由安全μC控制的傳感器保護"安全島"

　　基于商用化安全芯片的設計思路，有些廠商建議此類安全區(qū)域也采用商用化設計方案。最完備的解決方案是集成安全智能卡槽，例如CK安全智能卡槽和磁條加密頭，例如磁阻芯片組。這些產(chǎn)品與上述安全芯片具有相同優(yōu)勢—集成化設計，安全性高，降低風險和成本。

商用化終極方案

　　將上述商用化安全措施完全集成到單個參考設計中將對該行業(yè)的發(fā)展做出重大貢獻—有助于簡化終端制造商的產(chǎn)品開發(fā)、認證和生產(chǎn)(圖5)。安全是制造商面臨的主要問題，所以評估參考設計會增強其信心，節(jié)省資源，并降低了開發(fā)風險。它還以高效、高性價比設計兼容大多數(shù)苛刻的安全要求(PCI PTS)。

　　圖5. JIBEPOS參考設計框圖，包括所提供的各種功能

　　軟件和應用

　　終端由硬件組成，但相關軟件(不僅限于PIN輸入操作)在近幾年已經(jīng)擴展到各種應用服務。有些設備提供忠誠度測試及其它相關業(yè)務的應用，復雜的軟件架構也是圖形界面、多接口(以太網(wǎng)、USB、GPRS連接)、EMV支持以及非接觸卡不可缺少的工具。強大的安全防護措施使得軟件設計更加復雜：終端設計必須極具吸引力，而安全應用決不允許泄露敏感數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)必須支持應用之間的通信，加密服務不得泄露密匙。商用化軟件還能夠為終端帶來眾多利益，包括節(jié)省開發(fā)時間和幫助最終產(chǎn)品通過認證。

　　作為一個示例，Maxim提議的安全Linux操作系統(tǒng)可用于USIP和JIBE平臺，完全滿足PCI PTS安全軟件要求，簡化開發(fā)過程并降低制造商的認證風險。可以獲取完整的Linux版本，還有助于改善終端開發(fā)，包括圖形界面、外設驅動和通信棧。

　　結論

　　以上討論的三種架構都可以構建強大的支付終端，提供高度可靠的安全性。本文涉及的IC均為經(jīng)過驗證的商用化器件，可提高安全性，方便集成，并降低功耗。