简介
安全是任何功能良好的系统的重要组成部分，以确保每个子组件只执行其设计的功能，而不做其他事情。在汽车领域，安全可能采取多种形式，并影响整个电气/电子（EE）架构，包括电子控制单元（ECU）内部。一个解决方案是在ECU微控制器中建立一个“可信”环境，利用硬件和固件中的隔离和安全机制。然而，要做到这一点，所运行的代码必须是可信的，并且在执行前需要进行检查；这就是安全启动（Secure Boot）的目标和原则。此外，安全启动过程可以用于在现场安全地更新ECU软件或固件（空中软件更新，Over-The-Air software updates)。
早期的规范是安全硬件扩展（SHE）, 该标准包括AES128加密和密钥锁定保护，最多支持10个密钥。其功能通常通过具有专用安全任务的状态机（ASIC——专用集成电路）来实现。这包括SHE安全启动，通过AES-128 CMAC对固定部分代码进行哈希处理，然后将操作控制权交回给主应用线程。
要激活安全启动功能，必须将密钥写入专用插槽。在CPU的下一个重置周期，SHE安全启动序列将被启用。关于启动序列的内存位置存在一些争议，因为标准要求它属于应用程序一侧。这是一个非常合适的解决方案，假设安全启动确保应用程序代码未被更改。
硬件安全模块（HSM）在SHE标准之后成为主要的安全解决方案。HSM实现了可编程架构、防火墙和信任环境，这些环境不受多核系统中其他主CPU的监督。
安全启动目标
防止启动加载程序的未授权修改；
防止操作系统或内核代码的未授权修改；
防止应用程序代码的未授权修改。
安全启动方式
1、顺序启动
HSM启动，检查整个代码的真实性和完整性，如果检查成功，则释放应用程序代码，TriCore™启动可以开始。
优点：
实现简单；代码占用空间最小；代码在执行前由可信实体（HSM）完全验证，因此确保了完整性和真实性。
缺点：
慢，顺序启动可能不适合需要在启动后快速在总线上通信的ECU。
2、分阶段启动
HSM启动后，首先检查代码的真实性和完整性，从最关键的功能开始。一旦特定功能的代码被验证通过，HSM会释放它，以便TriCore™立即执行。同时，HSM验证下一部分代码，并在成功验证后立即释放它进行执行；如此反复，直到整个代码都被检查完毕。
优点：
时间关键应用程序启动比串行启动快（如CAN通信）；
代码在执行前由可信实体（HSM）完全验证，因此确保了完整性和真实性。
缺点：
整个代码的验证速度与串行启动一样慢（或更慢，如果HSM必须验证多个代码段）；
最先启动的时间关键应用程序（如CAN通信）在代码被HSM验证之前不得调用/执行任何代码（编程限制）
3、组合启动
HSM启动，检查部分代码的真实性和完整性，并释放TriCore™代码以加速验证操作。在这种情况下，一旦引导加载程序和部分应用程序代码（包括加密库）被验证通过，TriCore™就启动并协助HSM检查剩余部分代码。一旦所有代码都验证完毕，应用程序可以启动其正常的引导过程。
优点：
安全启动最快的策略（利用所有可用的计算能力）
缺点：
如果使用CMAC，必须安全地将CMAC密钥分发给TriCore；
复杂性增加：必须管理检查的地址（如软件更新后）；
在检查失败的情况下，HSM必须保留对TriCore的控制等；
代码占用空间最大（每个TriCore需要额外的代码，包括加密库）；
即使在最好的情况下（6个TriCore从一开始就不中断地运行），验证速度预计也不到串行启动的两倍。
安全启动验证方法
真实性和完整性的验证可以通过三种主要方式完成：
1、代码哈希：使用SHA-2-256对整个代码进行哈希处理，并与安全存储在HSM非易失性存储器（NVM）中的哈希值进行比较。此值必须是写保护的并且是可信的。如果假设HSM是可信且安全的，这种方法可以提供足够的安全性。
优点：实现简单；SHA-2软件实现高效且快速。
缺点：如果使用AES硬件加速器，则比CMAC慢；已知参考值必须受读写保护。
2、签名验证：使用SHA-2-256对整个代码进行哈希处理，并用于验证代码的公钥签名（RSA 2048）。这种方法比简单的哈希更安全，特别是如果签名由OEM直接提供。代码的签名以及用于验证的公钥必须受到保护以防被恶意替换，但否则不被视为机密。
优点：最安全的方法；与潜在的软件更新验证相同。
缺点：单次RSA 2048验证需要几十毫秒；公钥和签名必须受写保护。
3、消息认证码（MAC）：使用SHA-256-HMAC 或 AES-128-CMAC 对代码进行哈希处理，并与安全存储在HSM的NVM中的参考值进行比较。这种方法不一定比简单的代码哈希更安全（至少如果MAC密钥的保护级别与参考哈希值相同），但是可以显著更快：如今许多微控制器包括一个AES硬件加速器和硬件哈希加速器（TC3xx系列都支持）。
优点：AES-128加速器应用比较广泛，SHA-2软件实现高效且快速
缺点：CMAC密钥必须受读写保护，如果使用硬件加速器，SHA-256-HMAC比AES-128-CMAC 慢。
虽然最终选择验证算法将取决于应用程序、使用的微控制器和其他参数，但在大多数情况下，最好的解决方案是对代码进行CMAC并与已知参考值进行比较。这是在AURIX系列中性能与安全性的最佳权衡。
————————————————
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_36750998/article/details/140796337
|
楼主
标题置顶
标题高亮
