凌科芯安告訴您如何選擇真正有效的加密芯片
2024/12/2 11:38:01點(diǎn)擊：
凌科芯安憑借在嵌入式加密領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn)積累，對于加密芯片的選擇，我們提出了要從三個方面考慮：1)、芯片平臺 2)、芯片操作系統(tǒng)安全性3)、可行性加密方案。下面，將會逐一對3個方面進(jìn)行闡述。
1)、芯片平臺的選擇
我們都知道，目前嵌入式加密行業(yè)內(nèi)，存在兩大陣營，一個是傳統(tǒng)的邏輯加密芯片，采用的IIC接口，其原理是EEPROM外圍，加上硬件保護(hù)電路，內(nèi)置某種算法；另外一個是采用智能卡芯片平臺，充分利用智能卡芯片本身的高安全性，老抗擊外部的各種攻擊手段。邏輯加密芯片，本身的防護(hù)能力很弱，大多數(shù)的解密公司都可以輕松破解，已經(jīng)逐步被淘汰。取而代之的是被證明*好的智能卡平臺。為了提高智能卡芯片高安全性，需要選擇的智能卡芯片具有國際安全認(rèn)證委員會的EAL4+以上的芯片，否則安全性也難以達(dá)到要求。凌科芯安公司的LKT系列加密芯片，完全都符合這個要求，而其他公司采用智能卡芯片平臺的加密芯片，卻無法達(dá)到。
2)、芯片操作系統(tǒng)的安全性
在我們確定智能卡芯片平臺的前提下，需要考慮的是芯片操作系統(tǒng)的安全性，凌科芯安的LKCOS操作系統(tǒng)，經(jīng)過了權(quán)威部門的嚴(yán)格檢測，具有極高的安全性，不存在安全漏洞。而沒有經(jīng)過PBOC認(rèn)證的加密芯片系統(tǒng)，是無法具有高安全性的。此外，凌科芯安的LKCOS，對芯片內(nèi)部資源可以進(jìn)行有效的管理，同時對底層接口的防護(hù)，做了大量切實(shí)有效的防護(hù)，保證盜版商無法從芯片操作系統(tǒng)來攻擊或破解。這一點(diǎn)非常重要， 其他采用智能卡芯片平臺的加密芯片供應(yīng)商，只是提供了算法下載的接口，對芯片資源管理和接口的底層防護(hù)，幾乎沒有做任何的處理，那么，盜版商是可以作為漏洞進(jìn)行攻擊的。凌科芯安研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在仔細(xì)對比了同類產(chǎn)品后，得出了上述結(jié)論。
3)、加密方案的選擇
傳統(tǒng)的加密芯片，都是采用算法認(rèn)證的方案，他們所鼓吹的是加密算法如何復(fù)雜，如何難以破解，卻沒有考慮到算法認(rèn)證方案本身存在極大的安全漏洞。我們清楚的知道，單片機(jī)是一個不安全的載體，可以說對盜版商來講，是完全透明的也不為過，做算法認(rèn)證，勢必要在單片機(jī)內(nèi)部提前寫入密鑰或密碼，每次認(rèn)證后給單片機(jī)一個判斷標(biāo)志，作為單片機(jī)執(zhí)行的一個判斷依據(jù)，那么盜版商就可以輕松的抓住這一點(diǎn)進(jìn)行攻擊，模擬給出單片機(jī)一個信號，輕松繞過加密芯片，從而達(dá)到破解的目的。如果說，要破解芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)，那么通過傳統(tǒng)的剖片、紫外光、調(diào)試端口、能量分析等多種手段，都可以破解。
采用智能卡芯片平臺的加密芯片，本身就可以有效防護(hù)這些攻擊手段，將MCU中的部分代碼或算法植入到加密芯片內(nèi)部，在加密芯片內(nèi)部來執(zhí)行這些程序，使得加密芯片內(nèi)部的程序代碼成為整個MCU程序的一部分，從而可以達(dá)到加密的目的，因?yàn)镸CU內(nèi)部的程序不完整，即便被盜版了，由于缺少關(guān)鍵代碼，也無法進(jìn)行復(fù)制，那么選擇什么樣的代碼或程序，放入到加密芯片內(nèi)部，就是考驗(yàn)MCU編程者的功力了，盡可能的多植入程序，盡可能的增加算法的強(qiáng)度，就可以有效防止被破譯的可能。所以LKT4200 32位的智能卡芯片平臺，就可以解決所有的問題，甚至在芯片內(nèi)部做浮點(diǎn)運(yùn)算都是沒有問題的。
所以，我們建議，選擇加密芯片，*選智能卡芯片平臺，更要選擇32位的智能卡芯片平臺。
二、LKT4200高端加密芯片性能介紹
硬件安全性：
電壓檢測模塊對抗高低電壓攻擊
頻率檢測模塊對抗高低頻率攻擊
多種檢測傳感器：高壓和低壓傳感器，頻率傳感器、濾波器、脈沖傳感器、
溫度傳感器，具有傳感器壽命測試功能，一旦芯片檢測到非法探測，將啟動
內(nèi)部的自毀功能
芯片防篡改設(shè)計(jì)，*一序列號，
總線加密，具有金屬屏蔽防護(hù)層，探測到外部攻擊后內(nèi)部數(shù)據(jù)自毀
硬件DES\3DES算法協(xié)處理器
MMU存儲器管理單元，可靈活設(shè)置SYS\APP模式及授予相應(yīng)權(quán)限
程序和數(shù)據(jù)均加密存儲
安全認(rèn)證目標(biāo)：EAL5+,32位智能卡芯片
軟件安全性：
LKCos 芯片操作系統(tǒng)擁有自主版權(quán)
智能卡芯片通過《中國金融集成電路(IC)卡規(guī)范》認(rèn)證
嵌入式安全操作系統(tǒng)獲得北京市科委軟件產(chǎn)品認(rèn)證
產(chǎn)品廣泛用于銀行，政府、CA等需要高安全性產(chǎn)品應(yīng)用的領(lǐng)域
LKT系列嵌入式安全加密芯片是防止客戶系統(tǒng)被復(fù)制或修改的有效解決方案，可讓客戶自行存放重要特征數(shù)據(jù)。與其它加密保護(hù)芯片相比，由于該產(chǎn)品的密匙由客戶自己定義，外人無法盜取，極大地增強(qiáng)了產(chǎn)品的安全性能。且芯片本身的可靠性保證了Key無法讀回，且沒有后門可以讀取內(nèi)容。
在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)者面臨的*大問題就是程序被抄襲和破解，在激烈競爭的電子產(chǎn)品行業(yè)，很多公司大概都有這樣的經(jīng)歷，自己費(fèi)盡心血設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，投放市場不久，就被競爭對手從硬件到軟件原封不動地被克隆，換了一個外殼投放市場。還有一些公司在委托生產(chǎn)廠商進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)時，被生產(chǎn)廠商額外地生產(chǎn)出大量的相同產(chǎn)品，換個品牌投放市場，不但擾亂了市場秩序，還嚴(yán)重地?fù)p害了產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的利益。更有一些專業(yè)的芯片解密公司堂而皇之的把破解各類單片機(jī)作為創(chuàng)收途徑。在行業(yè)競爭日益激烈的今天，如何保護(hù)自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案以提高產(chǎn)品的市場占有率，如何在產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)讓時有一個理想的、可以量化的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為很多公司和產(chǎn)品設(shè)計(jì)者日益關(guān)切的問題。
市場上的加密芯片很多，但大多數(shù)加密芯片產(chǎn)品硬件平臺是建立在普通芯片的基礎(chǔ)之上，采用ID號認(rèn)證、密鑰認(rèn)證、隨機(jī)數(shù)加密認(rèn)證等的方式進(jìn)行加密。這種加密方式可以被輕松破解，因?yàn)橹灰ㄟ^調(diào)試工具，找到應(yīng)用軟件中的分支、跳轉(zhuǎn)指令，修改跳轉(zhuǎn)指令代碼，就可以繞過加密芯片。當(dāng)然，軟件設(shè)計(jì)人員會故意制造一些陷阱，使得破解的難度增加，但理論上講這種方式是一定可以被破解的，特別是對于那些專門從事這方面工作的高手而言，解密這類加密芯片只是個時間問題。另外目前各種類型的通用MCU可以輕松廉價地被各種專業(yè)解公司破解，他們的手段很多，大致有分析芯片總線、分析芯片時序、通過專用設(shè)備將芯片解剖后對芯片內(nèi)部進(jìn)行分析等，而且收費(fèi)相當(dāng)?shù)土粋�普通的51單片機(jī)、PIC單片機(jī)只需幾百塊錢的代價，就可以得到芯片內(nèi)部的代碼。即便是解剖芯片分析，也只需幾千-上萬塊錢。因此這種類型的加密狗形同虛設(shè)。目前市場上這類防抄板芯片主要有韓國UB MICRO CO.,LTD的防拷貝IC，福華微電子的FS88x6，臺灣國碩的G7015, 致芯微電子的DM2016等。這幾款I(lǐng)C的加密方式相同，都采用的是密鑰認(rèn)證的方式，同時這幾個芯片沒有采用安全設(shè)計(jì)，一旦芯片被解剖，芯片內(nèi)部電路以及存儲的數(shù)據(jù)將一覽無余。另外這些芯片都是采用的密鑰認(rèn)證模式，客戶單片機(jī)里的程序是完整的，這樣一旦芯片被破解，那里面的全部程序代碼都會被盜版商得到，這類加密芯片通訊接口采用的是同步串行接口，這樣可以輕松的用邏輯分析儀進(jìn)行跟蹤。這些芯片適合用于加密強(qiáng)度要求不高的領(lǐng)域。
LKT4101的主要特點(diǎn)是硬件平臺采用特殊的安全芯片（高端智能卡芯片），芯片內(nèi)部的軟件由用戶自己開發(fā)，軟件在芯片內(nèi)部運(yùn)行，和主MCU之間通過異步通訊接口交換數(shù)據(jù)。這樣，采用什么樣的加密手段由用戶自己設(shè)計(jì)。通常的做法是將某一功能軟件放在芯片內(nèi)運(yùn)行，然后由主MCU讀取運(yùn)行結(jié)果，這樣在用戶的主程序中就不會再有分支、跳轉(zhuǎn)指令。這是和采用密鑰認(rèn)證方式加密的*大不同點(diǎn)。同時芯片內(nèi)部還提供了算法數(shù)據(jù)存儲區(qū)，可以用來保存敏感數(shù)據(jù)。這樣客戶的單片機(jī)中的一部分程序在LKT4101中運(yùn)行，客戶的單片機(jī)就算被破解，盜版商得到的只是部分程序，關(guān)鍵算法代碼還在LKT4101中，LK4101就成為整個系統(tǒng)中不可分割的一部分。
為保證存儲在芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)、程序的安全，LKT4101芯片內(nèi)部采用了多種硬件、軟件安全防護(hù)措施，主要技術(shù)手段有內(nèi)部總線加擾技術(shù)、防止電壓探測（過低或過高）、防止低溫探測、防止電脈沖探測、防止紫外線探測、防止對內(nèi)部總線探測等。一旦芯片檢測到上述的非法探測，將啟動內(nèi)部的自毀功能.內(nèi)部固件在確認(rèn)用戶程序成功下載后，將內(nèi)部的程序存儲區(qū)置為特殊的安全狀態(tài)。
高端智能卡芯片平臺主要應(yīng)用于銀行、政府等部門，銀行對智能卡的應(yīng)用主要是金融支付領(lǐng)域，而高端智能卡芯片的電子錢包電子存折功能是其關(guān)鍵，都是金錢方面的交易，對安全性要求極高，這類高端智能卡芯片一般只能采用EAL5+安全性的高端平臺。由于目前市場上存在的大量各種邏輯加密以及密鑰認(rèn)證模式的平臺以及被各種盜版商所熟悉，破解的代價也越來越低。那我們LKT4101這種由高端高安全性智能卡芯片平臺，以移植算法代碼的方式應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域數(shù)據(jù)加密的方案也將會取而代之并大行其道。
1)、芯片平臺的選擇
我們都知道，目前嵌入式加密行業(yè)內(nèi)，存在兩大陣營，一個是傳統(tǒng)的邏輯加密芯片，采用的IIC接口，其原理是EEPROM外圍，加上硬件保護(hù)電路，內(nèi)置某種算法；另外一個是采用智能卡芯片平臺，充分利用智能卡芯片本身的高安全性，老抗擊外部的各種攻擊手段。邏輯加密芯片，本身的防護(hù)能力很弱，大多數(shù)的解密公司都可以輕松破解，已經(jīng)逐步被淘汰。取而代之的是被證明*好的智能卡平臺。為了提高智能卡芯片高安全性，需要選擇的智能卡芯片具有國際安全認(rèn)證委員會的EAL4+以上的芯片，否則安全性也難以達(dá)到要求。凌科芯安公司的LKT系列加密芯片，完全都符合這個要求，而其他公司采用智能卡芯片平臺的加密芯片，卻無法達(dá)到。
2)、芯片操作系統(tǒng)的安全性
在我們確定智能卡芯片平臺的前提下，需要考慮的是芯片操作系統(tǒng)的安全性，凌科芯安的LKCOS操作系統(tǒng)，經(jīng)過了權(quán)威部門的嚴(yán)格檢測，具有極高的安全性，不存在安全漏洞。而沒有經(jīng)過PBOC認(rèn)證的加密芯片系統(tǒng)，是無法具有高安全性的。此外，凌科芯安的LKCOS，對芯片內(nèi)部資源可以進(jìn)行有效的管理，同時對底層接口的防護(hù)，做了大量切實(shí)有效的防護(hù)，保證盜版商無法從芯片操作系統(tǒng)來攻擊或破解。這一點(diǎn)非常重要， 其他采用智能卡芯片平臺的加密芯片供應(yīng)商，只是提供了算法下載的接口，對芯片資源管理和接口的底層防護(hù)，幾乎沒有做任何的處理，那么，盜版商是可以作為漏洞進(jìn)行攻擊的。凌科芯安研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在仔細(xì)對比了同類產(chǎn)品后，得出了上述結(jié)論。
3)、加密方案的選擇
傳統(tǒng)的加密芯片，都是采用算法認(rèn)證的方案，他們所鼓吹的是加密算法如何復(fù)雜，如何難以破解，卻沒有考慮到算法認(rèn)證方案本身存在極大的安全漏洞。我們清楚的知道，單片機(jī)是一個不安全的載體，可以說對盜版商來講，是完全透明的也不為過，做算法認(rèn)證，勢必要在單片機(jī)內(nèi)部提前寫入密鑰或密碼，每次認(rèn)證后給單片機(jī)一個判斷標(biāo)志，作為單片機(jī)執(zhí)行的一個判斷依據(jù)，那么盜版商就可以輕松的抓住這一點(diǎn)進(jìn)行攻擊，模擬給出單片機(jī)一個信號，輕松繞過加密芯片，從而達(dá)到破解的目的。如果說，要破解芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)，那么通過傳統(tǒng)的剖片、紫外光、調(diào)試端口、能量分析等多種手段，都可以破解。
采用智能卡芯片平臺的加密芯片，本身就可以有效防護(hù)這些攻擊手段，將MCU中的部分代碼或算法植入到加密芯片內(nèi)部，在加密芯片內(nèi)部來執(zhí)行這些程序，使得加密芯片內(nèi)部的程序代碼成為整個MCU程序的一部分，從而可以達(dá)到加密的目的，因?yàn)镸CU內(nèi)部的程序不完整，即便被盜版了，由于缺少關(guān)鍵代碼，也無法進(jìn)行復(fù)制，那么選擇什么樣的代碼或程序，放入到加密芯片內(nèi)部，就是考驗(yàn)MCU編程者的功力了，盡可能的多植入程序，盡可能的增加算法的強(qiáng)度，就可以有效防止被破譯的可能。所以LKT4200 32位的智能卡芯片平臺，就可以解決所有的問題，甚至在芯片內(nèi)部做浮點(diǎn)運(yùn)算都是沒有問題的。
所以，我們建議，選擇加密芯片，*選智能卡芯片平臺，更要選擇32位的智能卡芯片平臺。
二、LKT4200高端加密芯片性能介紹
硬件安全性：
電壓檢測模塊對抗高低電壓攻擊
頻率檢測模塊對抗高低頻率攻擊
多種檢測傳感器：高壓和低壓傳感器，頻率傳感器、濾波器、脈沖傳感器、
溫度傳感器，具有傳感器壽命測試功能，一旦芯片檢測到非法探測，將啟動
內(nèi)部的自毀功能
芯片防篡改設(shè)計(jì)，*一序列號，
總線加密，具有金屬屏蔽防護(hù)層，探測到外部攻擊后內(nèi)部數(shù)據(jù)自毀
硬件DES\3DES算法協(xié)處理器
MMU存儲器管理單元，可靈活設(shè)置SYS\APP模式及授予相應(yīng)權(quán)限
程序和數(shù)據(jù)均加密存儲
安全認(rèn)證目標(biāo)：EAL5+,32位智能卡芯片
軟件安全性：
LKCos 芯片操作系統(tǒng)擁有自主版權(quán)
智能卡芯片通過《中國金融集成電路(IC)卡規(guī)范》認(rèn)證
嵌入式安全操作系統(tǒng)獲得北京市科委軟件產(chǎn)品認(rèn)證
產(chǎn)品廣泛用于銀行，政府、CA等需要高安全性產(chǎn)品應(yīng)用的領(lǐng)域
LKT系列嵌入式安全加密芯片是防止客戶系統(tǒng)被復(fù)制或修改的有效解決方案，可讓客戶自行存放重要特征數(shù)據(jù)。與其它加密保護(hù)芯片相比，由于該產(chǎn)品的密匙由客戶自己定義，外人無法盜取，極大地增強(qiáng)了產(chǎn)品的安全性能。且芯片本身的可靠性保證了Key無法讀回，且沒有后門可以讀取內(nèi)容。
在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)者面臨的*大問題就是程序被抄襲和破解，在激烈競爭的電子產(chǎn)品行業(yè)，很多公司大概都有這樣的經(jīng)歷，自己費(fèi)盡心血設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，投放市場不久，就被競爭對手從硬件到軟件原封不動地被克隆，換了一個外殼投放市場。還有一些公司在委托生產(chǎn)廠商進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)時，被生產(chǎn)廠商額外地生產(chǎn)出大量的相同產(chǎn)品，換個品牌投放市場，不但擾亂了市場秩序，還嚴(yán)重地?fù)p害了產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的利益。更有一些專業(yè)的芯片解密公司堂而皇之的把破解各類單片機(jī)作為創(chuàng)收途徑。在行業(yè)競爭日益激烈的今天，如何保護(hù)自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案以提高產(chǎn)品的市場占有率，如何在產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)讓時有一個理想的、可以量化的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為很多公司和產(chǎn)品設(shè)計(jì)者日益關(guān)切的問題。
市場上的加密芯片很多，但大多數(shù)加密芯片產(chǎn)品硬件平臺是建立在普通芯片的基礎(chǔ)之上，采用ID號認(rèn)證、密鑰認(rèn)證、隨機(jī)數(shù)加密認(rèn)證等的方式進(jìn)行加密。這種加密方式可以被輕松破解，因?yàn)橹灰ㄟ^調(diào)試工具，找到應(yīng)用軟件中的分支、跳轉(zhuǎn)指令，修改跳轉(zhuǎn)指令代碼，就可以繞過加密芯片。當(dāng)然，軟件設(shè)計(jì)人員會故意制造一些陷阱，使得破解的難度增加，但理論上講這種方式是一定可以被破解的，特別是對于那些專門從事這方面工作的高手而言，解密這類加密芯片只是個時間問題。另外目前各種類型的通用MCU可以輕松廉價地被各種專業(yè)解公司破解，他們的手段很多，大致有分析芯片總線、分析芯片時序、通過專用設(shè)備將芯片解剖后對芯片內(nèi)部進(jìn)行分析等，而且收費(fèi)相當(dāng)?shù)土粋�普通的51單片機(jī)、PIC單片機(jī)只需幾百塊錢的代價，就可以得到芯片內(nèi)部的代碼。即便是解剖芯片分析，也只需幾千-上萬塊錢。因此這種類型的加密狗形同虛設(shè)。目前市場上這類防抄板芯片主要有韓國UB MICRO CO.,LTD的防拷貝IC，福華微電子的FS88x6，臺灣國碩的G7015, 致芯微電子的DM2016等。這幾款I(lǐng)C的加密方式相同，都采用的是密鑰認(rèn)證的方式，同時這幾個芯片沒有采用安全設(shè)計(jì)，一旦芯片被解剖，芯片內(nèi)部電路以及存儲的數(shù)據(jù)將一覽無余。另外這些芯片都是采用的密鑰認(rèn)證模式，客戶單片機(jī)里的程序是完整的，這樣一旦芯片被破解，那里面的全部程序代碼都會被盜版商得到，這類加密芯片通訊接口采用的是同步串行接口，這樣可以輕松的用邏輯分析儀進(jìn)行跟蹤。這些芯片適合用于加密強(qiáng)度要求不高的領(lǐng)域。
LKT4101的主要特點(diǎn)是硬件平臺采用特殊的安全芯片（高端智能卡芯片），芯片內(nèi)部的軟件由用戶自己開發(fā)，軟件在芯片內(nèi)部運(yùn)行，和主MCU之間通過異步通訊接口交換數(shù)據(jù)。這樣，采用什么樣的加密手段由用戶自己設(shè)計(jì)。通常的做法是將某一功能軟件放在芯片內(nèi)運(yùn)行，然后由主MCU讀取運(yùn)行結(jié)果，這樣在用戶的主程序中就不會再有分支、跳轉(zhuǎn)指令。這是和采用密鑰認(rèn)證方式加密的*大不同點(diǎn)。同時芯片內(nèi)部還提供了算法數(shù)據(jù)存儲區(qū)，可以用來保存敏感數(shù)據(jù)。這樣客戶的單片機(jī)中的一部分程序在LKT4101中運(yùn)行，客戶的單片機(jī)就算被破解，盜版商得到的只是部分程序，關(guān)鍵算法代碼還在LKT4101中，LK4101就成為整個系統(tǒng)中不可分割的一部分。
為保證存儲在芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)、程序的安全，LKT4101芯片內(nèi)部采用了多種硬件、軟件安全防護(hù)措施，主要技術(shù)手段有內(nèi)部總線加擾技術(shù)、防止電壓探測（過低或過高）、防止低溫探測、防止電脈沖探測、防止紫外線探測、防止對內(nèi)部總線探測等。一旦芯片檢測到上述的非法探測，將啟動內(nèi)部的自毀功能.內(nèi)部固件在確認(rèn)用戶程序成功下載后，將內(nèi)部的程序存儲區(qū)置為特殊的安全狀態(tài)。
高端智能卡芯片平臺主要應(yīng)用于銀行、政府等部門，銀行對智能卡的應(yīng)用主要是金融支付領(lǐng)域，而高端智能卡芯片的電子錢包電子存折功能是其關(guān)鍵，都是金錢方面的交易，對安全性要求極高，這類高端智能卡芯片一般只能采用EAL5+安全性的高端平臺。由于目前市場上存在的大量各種邏輯加密以及密鑰認(rèn)證模式的平臺以及被各種盜版商所熟悉，破解的代價也越來越低。那我們LKT4101這種由高端高安全性智能卡芯片平臺，以移植算法代碼的方式應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域數(shù)據(jù)加密的方案也將會取而代之并大行其道。
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