數字安全是電子設計領域最熱門的話題之一。對於許多工程師，當提到安全性時
，腦海中閃現出的第一個詞可能就是加密。可能隻有極少數人會想到安全認證。然而
，安全認證是安全器件或交易的基礎功能。

       我們以家庭銀行為例，顯然
，您希望餘額和賬號等保密信息能夠加密
，此時，您的網絡瀏覽器上會顯示一個小鎖標識以及“https://”。也就是說

，網絡瀏覽器在建立安全連接時，第一件事情就是檢查銀行站點的真實性；換huan句ju話hua說shuo，就jiu是shi要yao對dui銀yin行xing站zhan點dian進jin行xing安an全quan認ren證zheng。實shi際ji上shang
，如ru果guo將jiang登deng錄lu和he密mi碼ma信xin息xi發fa送song到dao釣diao魚yu網wang站zhan
，危wei害hai性xing非fei常chang大da，因yin為wei這zhe些xie憑ping據ju可ke被bei進jin一yi步bu重zhong用yong，以yi銀yin行xing賬zhang戶hu持chi有you人ren的de名ming義yi執zhi行xing未wei經jing授shou權quan的de交jiao易yi，而er實shi際ji持chi有you人ren卻que毫hao不bu知zhi情qing。通tong過guoTLS/SSL協議
，一般能夠實現安全的互聯網瀏覽，確保真實性和保密性。

       安全認證對於物聯網(IoT)應用也非常重要：bukexindezhongduankenenghuijiangzhenggejichusheshizhiyuweixianzhizhong。womenyilianjiedaopeidianxitongdezhinengdianbiaoweili。duiyuyaopohuaidianwangdegongjizhe，yizhongjiandanfangfashijiangbingduhuoeyiruanjianjiazaidaozhinengdianbiao。ranhoubeiganraodedianbiaohuixiangjichusheshifasongjiaxiaoxi，fanyingchudegonghaoyushijigonghaoxiangchafeichangda。dianwangjianghuichuxianbupingheng；genghuaiqingkuangxia

，gongjikenengchufaquanwangduandian。weilebimianzhezhongqingkuang

，bixujianyandianbiaoyingjianhegujiandezhenshixing。duigujianjinxinganquanrenzhengdeguochengchengweianquanyindao。

實施有效的安全認證方法
       現(xian)在(zai)我(wo)們(men)已(yi)經(jing)理(li)解(jie)了(le)安(an)全(quan)認(ren)證(zheng)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)，接(jie)下(xia)來(lai)我(wo)們(men)討(tao)論(lun)如(ru)何(he)實(shi)施(shi)。最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)安(an)全(quan)認(ren)證(zheng)方(fang)法(fa)是(shi)使(shi)用(yong)密(mi)碼(ma)。在(zai)智(zhi)能(neng)電(dian)表(biao)的(de)例(li)子(zi)中(zhong)
，設(she)備(bei)可(ke)向(xiang)電(dian)網(wang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)發(fa)送(song)密(mi)碼(ma)。服(fu)務(wu)器(qi)驗(yan)證(zheng)密(mi)碼(ma)，然(ran)後(hou)再(zai)授(shou)權(quan)執(zhi)行(xing)下(xia)一(yi)步(bu)。雖(sui)然(ran)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)理(li)解(jie)
，但(dan)並(bing)不(bu)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)。攻(gong)擊(ji)者(zhe)很(hen)容(rong)易(yi)監(jian)聽(ting)通(tong)信(xin)、記錄密碼
，然後用其來對非真實的設備進行安全認證。所以
，我們認為基於密碼的安全認證方法比較薄弱。

       數字領域執行安全認證的更好方法是質詢-應答方法。我們來看看兩種方式的質詢-應答方法：一種基於對稱加密，另一種基於非對稱加密。

       duichengjiamianquanrenzhengyilaiyugongxiangmiyao。zhujihebeirenzhengshebeichiyouxiangtongdemiyao。zhujixiangshebeifasongyigesuijishu，jizhixun。shebeijisuanyigeshuziqianming，gaiqianmingshimiyaohezhixundehanshu，bingfasonghuizhuji。zhujizhixingxiangtongdeyunsuanbingduijieguojinxingbijiao。ruguoliangxiangjisuanjieguoyizhi，zeshebeitongguoanquanrenzheng(圖1)。為了確保結果不被模仿
，必須使用數學屬性足夠的函數；例如必須保證不可能通過計算結果獲得密鑰。SHA-256等安全散列函數滿足這些要求。對於質詢-應答方法，設備在不泄露密鑰的情況下證明自己知道密鑰。即使攻擊者攔截通信，也無法接觸到密鑰。

圖1. 基於對稱加密的安全認證依賴於主機和設備之間的共享密鑰。

基於非對稱加密的安全認證依賴於兩個密鑰：私(si)鑰(yao)和(he)公(gong)鑰(yao)。隻(zhi)有(you)被(bei)認(ren)證(zheng)的(de)設(she)備(bei)知(zhi)道(dao)私(si)鑰(yao)，而(er)公(gong)鑰(yao)可(ke)透(tou)露(lu)給(gei)希(xi)望(wang)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)安(an)全(quan)認(ren)證(zheng)的(de)任(ren)何(he)一(yi)方(fang)。與(yu)上(shang)文(wen)中(zhong)討(tao)論(lun)的(de)方(fang)法(fa)一(yi)樣(yang)

，主(zhu)機(ji)向(xiang)設(she)備(bei)發(fa)送(song)質(zhi)詢(xun)。設(she)備(bei)根(gen)據(ju)質(zhi)詢(xun)和(he)私(si)鑰(yao)計(ji)算(suan)數(shu)字(zi)簽(qian)名(ming)，並(bing)將(jiang)其(qi)發(fa)送(song)給(gei)主(zhu)機(ji)(圖2)。但此時，主機使用公鑰對數字簽名進行驗證。用於計算數字簽名的函數擁有特定數學屬性至關重要。非對稱方法中最常用的函數是RSA和ECDSA。同樣，設備也在不泄露密鑰情況下提交了自己知道密鑰的證明，即私鑰。

圖2. 非對稱密鑰安全認證依賴於公鑰和私鑰。

為什麼安全IC有益於安全認證
質詢-應答安全認證始終要求被認證的對象持有密鑰。對稱加密方法中
，該密鑰為主機和設備之間的共享密鑰

；對於非對稱加密方法，該密鑰為私鑰。無論哪種情況，一旦密碼泄露

，質詢-應答式安全認證就失效了。安全IC有助於防範這種情況。安全IC的一項基本特性是為密鑰和密碼提供強保護。

Maxim提供三種支持安全認證的解決方案。

安全認證IC：IC是可配置但固定功能的器件，為實施質詢-應答安全認證提供最經濟的途徑
，並且具有基本的加密操作。

安全微控製器：在支持質詢-應答安全認證的基礎上，提供全麵的密碼學功能，包括加密。

低功耗微處理器：盡管這些產品並非專用於加密
，但擁有支持強安全認證所需的電路模塊。

安全認證IC中，基於SHA-256的產品支持基於共享密鑰的安全認證(圖3)，而基於ECDSA的IC使用私鑰/公鑰對(圖4)。除加密引擎外，這些產品擁有板載EEPROM存儲器。該存儲器是可配置的，可用於儲存經過安全認證的用戶數據
，例如傳感器的校準信息。

基於SHA-256的(de)產(chan)品(pin)是(shi)最(zui)經(jing)濟(ji)的(de)方(fang)案(an)。盡(jin)管(guan)支(zhi)持(chi)相(xiang)互(hu)認(ren)證(zheng)
，但(dan)共(gong)享(xiang)密(mi)鑰(yao)的(de)分(fen)發(fa)要(yao)求(qiu)采(cai)取(qu)一(yi)定(ding)的(de)防(fang)範(fan)措(cuo)施(shi)
，保(bao)證(zheng)設(she)備(bei)製(zhi)造(zao)和(he)配(pei)置(zhi)期(qi)間(jian)不(bu)會(hui)泄(xie)露(lu)密(mi)鑰(yao)。為(wei)克(ke)服(fu)該(gai)缺(que)點(dian)

，可(ke)在(zai)Maxim工廠對密鑰進行編程。

圖3. SHA-256密鑰安全認證基於共享密鑰。

Maxim的DS28E15/22/25 IC基於SHA-256技術

，擁有不同的內部存儲器容量。由於主機和設備側儲存有相同的密鑰，我們建議主機側使用協處理器，例如DS2465。

DS28C36和DS28E35等(deng)基(ji)於(yu)非(fei)對(dui)稱(cheng)加(jia)密(mi)的(de)產(chan)品(pin)提(ti)供(gong)更(geng)靈(ling)活(huo)的(de)方(fang)法(fa)，因(yin)為(wei)主(zhu)機(ji)側(ce)不(bu)需(xu)要(yao)防(fang)止(zhi)密(mi)鑰(yao)被(bei)泄(xie)露(lu)。然(ran)而(er)，為(wei)降(jiang)低(di)公(gong)鑰(yao)算(suan)法(fa)負(fu)荷(he)並(bing)且(qie)提(ti)供(gong)附(fu)加(jia)安(an)全(quan)操(cao)作(zuo)，可(ke)利(li)用(yong)DS2476 (DS28C36的配套IC)等主機側協處理器簡化係統方案的開發。

圖4. 基於ECDSA的安全認證算法依賴於私鑰/公鑰對。

支持對稱和非對稱加密的安全微控製器
Maxim提供各種各樣的安全微控製器，包括從MAX32590 (ARM9，工作頻率384MHz)應用級處理器(支持Linux等高級操作係統)到MAX32555或MAXQ1061等小尺寸協處理器。

這些微控製器支持對稱和非對稱加密，適用於數字簽名和安全認證，以及加密算法。器件擁有支持SHA、RSA、ECDSA和AES的硬件加速器
，以及完整的加密算法庫，提供符合標準的整體API方案。器件內置安全引導，所以能夠保證固件可靠性。得益於齊全的加密功能，器件能夠支持多種安全認證方法。

MAXQ1061協處理器不僅支持安全認證，而且也支持使用IP的TLS/SSL標準安全通信協議的大多數關鍵步驟。在芯片內實現TLS協議可提高安全水平並減輕主處理器執行計算密集型任務的負荷。這對於資源受限的嵌入式係統非常寶貴。

MAX32626等低功耗微控製器的目標應用為可穿戴設備，所以不是“安全為中心”的IC。然而，隨著攻擊現象日益頻繁，產品的設計也充分考慮了未來的安全挑戰。所以，MAX32626具有支持安全認證的硬件信賴保護單元，以及用於加密的硬件AES和內置安全引導。

總結
本ben文wen中zhong，我wo們men探tan討tao了le什shen麼me是shi安an全quan認ren證zheng及ji其qi重zhong要yao性xing。同tong時shi我wo們men也ye看kan到dao，得de益yi於yu已yi有you基ji於yu矽gui的de方fang案an，不bu需xu要yao是shi加jia密mi專zhuan家jia，也ye完wan全quan能neng夠gou實shi現xian安an全quan認ren證zheng。

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