密鑰是系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)

一個(gè)安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在與其所擁有的密鑰，用以提供系統(tǒng)身分的真實(shí)性與確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機(jī)密性，其最基本需要具備的密鑰，包括了:

Hardware Unique Key (HUK) 每個(gè)設(shè)備實(shí)體所擁有的專屬密鑰，具有唯一性與秘密性，用來(lái)生成不同應(yīng)用所需的密鑰與鏈接裝置專屬的加密數(shù)據(jù)

Root of Trust Public Key (ROTPK) 用以驗(yàn)證簽章的公鑰，在裝置安全開機(jī)流程中，確保只有通過認(rèn)證的軟件能夠在裝置上執(zhí)行

為了確保系統(tǒng)的安全，無(wú)論HUK或ROTPK，都必須不能被修改。

除此之外，因應(yīng)各種應(yīng)用，在系統(tǒng)中還可能存在各種不同功能的密鑰，包括加、解密用的AES Key，驗(yàn)證簽章用的RSA Key或ECC Key等等。

這些密鑰架構(gòu)在密碼學(xué)的基礎(chǔ)上，提供系統(tǒng)身分認(rèn)證，數(shù)據(jù)保護(hù)，傳輸加密等等功能，是系統(tǒng)中，所有安全的基礎(chǔ)，因此對(duì)密鑰本身的儲(chǔ)存與保護(hù)，更是整個(gè)系統(tǒng)中，最重要的一環(huán)，這里我們將儲(chǔ)存密鑰的地方，稱之為Key Store。

Key Store的特點(diǎn)

為了確保密鑰的安全，Key Store密需要具備幾個(gè)特點(diǎn)

所儲(chǔ)存的秘鑰，必須是一個(gè)不可分割整體

在Key Store中的每一把密鑰，都必須被視為一個(gè)整體來(lái)建立、更改與刪除，因?yàn)椋粢话衙荑€有機(jī)會(huì)被以已知的值取代其部分內(nèi)容，便很容易被使用分割與暴力破解的方法攻擊 (divide and conquer brute-force attack)。

根據(jù)密鑰的種類，提供不同的儲(chǔ)存類型，包括

靜態(tài)儲(chǔ)存

靜態(tài)儲(chǔ)存的密鑰，必須具有不可更改的特性，這通常會(huì)使用ROM或Fuse的特性來(lái)達(dá)成。然而，雖然靜態(tài)儲(chǔ)存的密鑰無(wú)法被更改，卻仍必須可以被撤銷，撤銷后的密鑰，將不再能夠存取或利用，以確保密鑰使用上的安全。

短期儲(chǔ)存

短期儲(chǔ)存的密鑰，有較短的壽命，這可以是只存在當(dāng)次聯(lián)機(jī)期間，也可以只存在當(dāng)次的上電周期，或是只存續(xù)在裝置當(dāng)次的注冊(cè)期間內(nèi)，這些特性，通常可透過使用Flash或SRAM為儲(chǔ)存媒體來(lái)達(dá)成。

設(shè)定密鑰屬性，以限制密鑰的使用范圍

根據(jù)密鑰的用途與對(duì)應(yīng)的密碼學(xué)算法，可限縮密鑰的使用范圍，包括限制只能用于AES加解密、只能用于ECC簽章、只能用于驗(yàn)證等。這樣的限制理由，主要基于下面幾點(diǎn)

限制CPU對(duì)密鑰的讀取，可避免因軟件漏洞造成密鑰的暴露。

限制密鑰的使用范圍，可以降低當(dāng)密鑰被破解時(shí)，損失波及的范圍。

一把密鑰使用于不同的算法，將增加被攻擊的危險(xiǎn)。

一把密鑰使用于不同的用途，可能造成密鑰存續(xù)期間長(zhǎng)短的沖突，因而需要延長(zhǎng)其存續(xù)時(shí)間，造成密鑰存續(xù)時(shí)間超過實(shí)務(wù)上最佳的存續(xù)期限。

防止物理攻擊

Key Store內(nèi)所儲(chǔ)存的密鑰，是整個(gè)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，不只要防范來(lái)自軟件漏洞的暴露風(fēng)險(xiǎn)，也要防止來(lái)自物理性的攻擊，包括利用物理特性的旁道攻擊 (Side-Channel Attack)與打開封裝，直接量測(cè)芯片儲(chǔ)存內(nèi)容的攻擊。

Key Store實(shí)例

以Nuvoton M2354 為例，其中包含 Key Store 硬件單元，提供密鑰儲(chǔ)存的功能，能夠儲(chǔ)存由128 bits 到 4096 bits長(zhǎng)度的密鑰，以完整的key為單位，進(jìn)行寫key、刪除與注銷(Revoke)，并具備完整性檢測(cè)，只要密鑰有任意的位出錯(cuò)，那么這把密鑰，就會(huì)失效，無(wú)法使用。

Key Store 提供OTP、Flash與SRAM三種儲(chǔ)存媒體，可因應(yīng)不同密鑰存續(xù)時(shí)間的需求，其中OTP可用來(lái)儲(chǔ)存不可更改的密鑰，例如HUK、ROTPK，而Flash可用來(lái)儲(chǔ)存云端聯(lián)機(jī)認(rèn)證用的密鑰等，而SRAM則可用來(lái)儲(chǔ)存云端聯(lián)機(jī)時(shí)，所使用的隨機(jī)加密密鑰。

此外，Key Store在建立密鑰時(shí)，可以指定相關(guān)屬性，限制秘鑰只能由CPU或特定的加密引擎使用，進(jìn)一步限制密鑰的使用，以加強(qiáng)密鑰的安全性。

針對(duì)旁道攻擊, Key Store支持Silent Access功能，可以降低儲(chǔ)存操作時(shí)，因?yàn)槲锢硖匦栽斐傻男畔⑿孤?。而針?duì)打開芯片封裝，利用物理量測(cè)儲(chǔ)存內(nèi)容的攻擊，則提供Data Scrambling來(lái)防護(hù)。更近一步，也可以設(shè)定Key Store在系統(tǒng)攻擊偵測(cè)(Tamper Detection)觸發(fā)時(shí)，直接硬件連動(dòng)，清除、注銷所有Key Store中的密鑰，確保密鑰不被泄露。

總結(jié)

現(xiàn)代的安全系統(tǒng)，仰賴密碼學(xué)的保護(hù)，而再好密碼學(xué)算法，還是要依靠密鑰的安全儲(chǔ)存，才能真正達(dá)到效果，一旦密鑰暴露出來(lái)，所有架構(gòu)于該密鑰的秘密將不再安全，因此具備一個(gè)足夠安全的Key Store來(lái)存放密鑰，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，是一件相當(dāng)重要事。