原標題：使用PSoC 64保護嵌入式系統

使用PSoC 64保護嵌入式系統

嵌入式系統在現代技術中扮演著關鍵角色，從消費電子到工業控制，再到物聯網（IoT）設備。隨著技術的進步和應用范圍的擴大，嵌入式系統面臨的安全威脅也越來越多。保護這些系統免受各種攻擊和入侵變得至關重要。Cypress的PSoC 64 Secure MCU系列提供了一種有效的解決方案，它不僅提供了強大的計算能力，還集成了豐富的安全特性，能夠有效保護嵌入式系統的安全。

PSoC 64系列概述

PSoC 64是Cypress（現為Infineon Technologies的一部分）推出的一系列安全微控制器（MCU），專為需要高安全性和靈活性的嵌入式系統設計。PSoC 64 MCU的核心特性包括：

• Arm? Cortex?-M4和Cortex?-M0+雙核架構：其中Cortex-M4用于執行高性能任務，而Cortex-M0+用于執行安全相關任務。

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

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

主控芯片型號

PSoC 64系列包括多個型號，以滿足不同的應用需求。以下是一些主要的PSoC 64芯片型號及其特點：

1. CYB06447BZI-BLD53：

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

• 512KB Flash 和 256KB SRAM

• 類似的安全特性和可編程外設配置

3. CYB06446BZI-S2D44：

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

• 1MB Flash 和 256KB SRAM

• 適用于更多外設集成和高安全性應用

PSoC 64在設計中的作用

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提供了一個安全的基礎，用于啟動系統的安全功能。它通過加密引擎和安全密鑰管理機制，確保系統能夠進行安全啟動和固件驗證，防止未經授權的代碼運行。

安全啟動（Secure Boot）

安全啟動是保護嵌入式系統的重要機制，確保系統從上電到操作系統啟動的整個過程都是可信的。PSoC 64的安全啟動功能通過驗證啟動代碼的完整性和真實性，防止惡意軟件篡改系統啟動過程。安全啟動通常包括以下步驟：

1. 啟動ROM代碼：在上電或復位時，MCU首先執行ROM中的安全啟動代碼。

2. 固件驗證：啟動代碼使用存儲在RoT中的密鑰對固件進行驗證，確保其未被篡改。

3. 執行可信固件：只有在驗證通過后，系統才會繼續執行主固件。

硬件加密引擎

PSoC 64 MCU內置硬件加密引擎，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現具有更高的性能和更低的功耗，同時還提供了更強的抗攻擊能力。硬件加密引擎在以下方面起到重要作用：

• 數據加密和解密：確保數據在存儲和傳輸過程中的機密性。

• 數字簽名和驗證：保證數據的完整性和真實性，防止數據被篡改。

• 密鑰管理：安全存儲和管理加密密鑰，防止密鑰泄露。

安全固件更新（Secure Firmware Update）

嵌入式系統的固件需要定期更新以修復漏洞和增加新功能。PSoC 64系列提供了安全固件更新機制，確保在更新過程中固件的完整性和真實性。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新固件進行加密。

2. 固件簽名：使用私鑰對固件進行數字簽名。

3. 固件傳輸和驗證：將加密和簽名的固件傳輸到設備，并使用RoT中的公鑰進行驗證。

4. 固件解密和安裝：驗證通過后，對固件進行解密并安裝。

安全通信

在物聯網和工業控制等應用中，嵌入式系統通常需要與其他設備或云端進行通信。PSoC 64的安全特性確保通信過程中的數據安全：

• TLS/SSL協議支持：通過硬件加密引擎實現TLS/SSL協議，確保通信鏈路的機密性和完整性。

• 身份驗證：使用數字證書和公鑰基礎設施（PKI）進行設備身份驗證，防止未經授權的設備接入網絡。

實例分析：智能家居中的應用

在智能家居系統中，設備之間的互聯和數據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備的安全設計：

1. 智能門鎖：使用安全啟動和硬件信任根，確保固件安全并防止未經授權的固件篡改。同時，硬件加密引擎用于加密門鎖與手機應用之間的通信，確保開鎖指令的安全傳輸。

2. 智能攝像頭：通過硬件加密引擎加密視頻數據，并使用TLS/SSL協議保障數據上傳至云端的安全性。使用安全固件更新機制，確保攝像頭固件及時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證功能，確保智能電器控制指令的安全傳輸和執行，防止攻擊者通過網絡篡改控制指令。

結論

PSoC 64系列安全MCU通過其強大的硬件信任根、安全啟動、硬件加密引擎、安全固件更新和安全通信等特性，為嵌入式系統提供了全方位的安全保障。無論是在智能家居、工業控制還是物聯網設備中，PSoC 64都能夠有效應對各種安全威脅，確保系統的穩定性和安全性。在選擇和設計嵌入式系統時，充分利用PSoC 64的安全特性，將顯著提升系統的安全水平。