簡單認識安全加密處理器

安全加密處理器 （Secure Cryptoprocessor) 是一種本身不產生加密數據或程序指令，但產生密鑰（Key）的處理器，其應用產品有智能卡、ATM、電視機機頂盒、軍事系統等。而加密型（Cryptographic）處理器在安全環境下由安全加密處理器和數據加密方案配合實現數據加密及其存取，并通過總線輸出加密數據。

根據設計技術與方法的不同，安全加密處理器設計方法有采用非易失性(NVM)存儲器設計技術加密和采用物理功能不可克隆函數 (Physical/PhysicallyUnclonable Function, PUF) 技術設計加密兩大類。??

采用 NVM 加密機制的產品技術成熟，應用廣泛。設計這種加密芯片時，將密鑰和/或代碼數據存放在芯片內部自帶的 CPU 中運行，再加上硬件保護邏輯電路、內置加密算法、可編程操作將需要加密的數據部分通過口令（Password）或其他認證方式實現方案保護。認證方法可以采用國際標準可信平臺模塊(Trusted Platform Module, TPM) 來實現，并且要在符合可信執行環境 (TrustedExecution Environment，TEE）的條件下使用，要求上載的口令和數據具有機密性與完整性。用 NVM 方法設計的安全加密處理器產品可以直接安裝在硬件安全模塊 (Hardware Security Module, HSM)中使用。在傳統應用中，HSM 往往被做成一塊插卡或者外部器件，使用時接入計算機服務器。這種 HSM 帶有一塊或多塊安全加密處理器，分別用以防止惡意篡改和對總線的窺探。

PUF設計技術于2002 年由 Gassend 等人首先報道，于 2010 年后開始受到重視，可能成為 “硅指紋(Silicon Finger Print)”并且可以用于智能卡；其特點是 PUF 將密鑰與認證相結合的系統協議（System Protocol）不可復制、新型加密協議與原有系統架構融合等。?

市場上現有的加密芯片有傳統邏輯加密芯片和智能卡內核加密芯片兩大類。傳統邏輯加密芯片以I2C 接口協議通信，內部采用硬件保護電路，外接EEPROM，內置加密算法。智能卡內核加密芯片提供了I2C或 GPIO 的接口，通過內部或者外部晶振工作。智能卡內核加密芯片通常通過 MCU 進行編程，將主芯片的部分算法、代碼以及數據放入MCU 加密芯片去執行，而且需要通過 5級以上的評估保證級 (EAL5)。

在應用中，首先要選定安全有效的加密芯片，再采用安全、合理、有效的數據加密方案，才能真正做到對數據的有效保護。安全加密處理與集成電路設計在未來將帶來新的革新技術。例如，IBM 公司的班奈特 ( Charles Bennett) 等人于1989年，將密碼學與量子力學相結合產生了量子密碼學的量子密鑰分配(Quantum Key Distribution, QKD)，包括量子隱形傳態和兩個非正交量子態的方案。與安全人工傳輸網絡(Secure Human Courier Network）相比，這些方案具有自動化、高可靠性和低成本的優點。

審核編輯：湯梓紅