Atmel AT88SC118 CryptoCompanion 設(shè)備深度解析
Atmel AT88SC118 CryptoCompanion 設(shè)備深度解析
在電子設(shè)備日益智能化和網(wǎng)絡(luò)化的今天，數(shù)據(jù)安全成為了至關(guān)重要的問題。Atmel 的 AT88SC118 CryptoCompanion 設(shè)備作為一款專注于安全加密的芯片，為我們提供了強(qiáng)大的安全保障。今天，我們就來深入了解一下這款設(shè)備。
文件下載：AT88SC118-SH-CN.pdf
一、產(chǎn)品概述
AT88SC118 CryptoCompanion 是 Atmel CryptoRF（CRF）和 Atmel CryptoMemory（CM）設(shè)備的配套產(chǎn)品。它廣泛使用了 SHA - 1 哈希算法，在建立主機(jī)系統(tǒng)與 CRF 設(shè)備之間的信任鏈接方面發(fā)揮著重要作用。
1. 一般操作
CRF 設(shè)備包含一些秘密信息，主機(jī)系統(tǒng)需要知道或推導(dǎo)這些信息才能與 CRF 設(shè)備建立信任鏈接并進(jìn)行通信。CryptoCompanion 以隱蔽的方式將這些秘密存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，并包含執(zhí)行認(rèn)證、密碼和加密/解密功能所需的所有電路，從而避免了秘密信息的泄露。
具體來說，每個(gè) CRF 設(shè)備都有一個(gè)序列號(hào)（ID）和認(rèn)證密鑰 (G{i}) 存儲(chǔ)在 EEPROM 中，其中 ID 可以自由讀取，而 (G{i}) 無法讀取且每個(gè)標(biāo)簽都是唯一的。CryptoCompanion 包含一組公共密鑰 ((F{n}))，它將 (F{n}) 與 ID 和 (K{ID}) 結(jié)合起來計(jì)算出一個(gè)值 (G)，期望該值與 CRF 設(shè)備中的 (G{i}) 相匹配，即 (G = SHA - 1(F{n}, ID, K{ID}))。此外，主機(jī)系統(tǒng)還可以通過選擇生成一個(gè)數(shù)字 ((K_{ID})) 來進(jìn)一步多樣化 (G) 的值，從而提供不同程度的額外安全保障。
CryptoCompanion 還包含一個(gè)通用的加密質(zhì)量隨機(jī)數(shù)生成器，用于啟動(dòng)與 CRF 之間的相互認(rèn)證過程。如果 CRF 確認(rèn)了 CryptoCompanion 的挑戰(zhàn)，并且 CryptoCompanion 確認(rèn)了 CRF 的響應(yīng)，那么主機(jī)系統(tǒng)就可以繼續(xù)與 CRF 進(jìn)行操作，而無需直接知道 CRF 的秘密信息。
2. CryptoCompanion 的優(yōu)勢(shì)
與將算法和秘密存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)閃存系統(tǒng)內(nèi)存中相比，使用 CryptoCompanion 具有以下優(yōu)勢(shì)：
- 保密核心秘密：將用于與 CRF 進(jìn)行認(rèn)證和通信的核心秘密存儲(chǔ)在 EEPROM 中，并在芯片上使用，確保了秘密的安全性。
- 靈活的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：支持多個(gè)秘密和策略，適用于系統(tǒng)中不同位置的 CRF 設(shè)備，同時(shí)提供多種制造商設(shè)置選項(xiàng)。
- 硬件加密引擎：避免了從系統(tǒng)操作代碼的反向編譯中泄露算法，提高了安全性。
- 全面的硬件安全實(shí)現(xiàn)：即使攻擊者擁有實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，也很難獲取存儲(chǔ)在 CryptoCompanion 上的秘密信息。
- 強(qiáng)大的安全保護(hù)：使用強(qiáng)大的安全標(biāo)準(zhǔn)算法（SHA - 1）保護(hù)全局秘密。
- 抗復(fù)制算法：實(shí)現(xiàn)了一種壓縮算法，防止基于微控制器的 CRF 復(fù)制品。
- 可靠的隨機(jī)數(shù)生成：避免了所有加密操作中的意外重放，不僅限于與 CRF 的操作。
- 安全的 EEPROM 存儲(chǔ)：可用于存儲(chǔ)配置信息等，有助于減少系統(tǒng)的總物料清單（BOM）。
- 易于使用：幾乎不需要編程，無需了解安全算法或協(xié)議，能夠快速推向市場(chǎng)。
3. 封裝、引腳和 I/O
引腳描述
| 引腳 | 描述 |
|---|---|
| VCC 和 GND | 電源和接地。電源電壓為 2.7 - 3.6V，供電電流小于 5mA。CryptoCompanion 在 VCC 上升到 2.7V 或復(fù)位信號(hào)拉高后 60ms 可接受命令。在電源上升期間，VCC 必須以至少 50mV/ms 的速率單調(diào)上升，直到超過 2.7V；在電源下降期間，VCC 下降到 2.5V 以下后，必須以至少 50mV/ms 的速率單調(diào)下降。不支持熱插拔，VCC 必須使用高質(zhì)量的表面貼裝電容進(jìn)行旁路，推薦使用兩個(gè)并聯(lián)的 1μF 和 0.01μF 電容，電容應(yīng)使用 X5R 或 X7R 介電材料，電容與 AT88SC118 之間的 PCB 走線總長(zhǎng)度不超過 1cm，推薦使用接地平面，電容與 VCC 引腳之間的走線長(zhǎng)度小于 0.5cm。 |
| SDA | 2 - 線接口數(shù)據(jù)引腳，5V 兼容。數(shù)據(jù)建立時(shí)間最小為 0.1μs，數(shù)據(jù)保持時(shí)間最小為 0μs，系統(tǒng)板必須包含外部上拉電阻。 |
| SCL | 2 - 線接口時(shí)鐘引腳，5V 兼容。最大 SCL 速率為 400KHz，最小 TLOW 為 1.2μs，最小 THIGH 為 0.6μs，系統(tǒng)板必須包含外部上拉電阻。 |
| RST | 復(fù)位引腳，低電平有效，可復(fù)位 AT88SC118 內(nèi)的所有狀態(tài)，無論掉電狀態(tài)如何都有效。 |
| PDN | 掉電引腳。低電平時(shí)，器件正常工作；高電平時(shí)，器件進(jìn)入睡眠狀態(tài)，忽略 SDA 和 SCL 上的所有轉(zhuǎn)換，功耗降至小于 10μA。該引腳電平下降后，到器件接受 SDA 或 SCL 上的第一個(gè)轉(zhuǎn)換之間有 50ms 的延遲。 |
封裝
| CryptoCompanion 采用 8 引腳 SOIC 封裝，引腳排列如下： | 引腳編號(hào) | 引腳名稱 |
|---|---|---|
| 1 | PDN | |
| 2 | RST | |
| 3 和 7 | NC | |
| 4 | GND | |
| 5 | SDA | |
| 6 | SCL | |
| 8 | VCC |
需要注意的是，引腳 3 和 7 內(nèi)部未連接，應(yīng)在 PCB 板上接地。
連接圖
其連接圖展示了與微處理器的連接方式，電源電壓范圍為 2.7V - 5.5V，CryptoCompanion 的電源電壓為 2.7V - 3.6V。
TWI 輸入/輸出操作
CryptoCompanion 使用 2 - 線接口（TWI）與系統(tǒng)通信，類似于 SMBus?。該設(shè)備作為從設(shè)備運(yùn)行，不支持時(shí)鐘拉伸。此 2 - 線協(xié)議與 Atmel AT24C16B 串行 EEPROM 設(shè)備支持的協(xié)議相同，詳細(xì)的時(shí)序和協(xié)議信息可參考 Atmel 網(wǎng)站上的 datasheet。系統(tǒng)處理器需要為 AT88SC118 正確格式化命令，并處理其輸出。CryptoCompanion 不能直接與 CRF 設(shè)備通信，CRF 和 CryptoCompanion 都是從設(shè)備，總線主設(shè)備可以使用一個(gè)或兩個(gè)總線與它們通信。如果兩個(gè)設(shè)備在同一總線上，必須使用不同的 TWI 地址。
4. 內(nèi)存鎖定
初始化完成后，應(yīng)執(zhí)行鎖定命令，以根據(jù)本節(jié)后面列出的限制來限制對(duì)內(nèi)存的訪問。系統(tǒng)可以使用 ReadManufacturingID 命令讀取制造 ID 值（MfrID）和鎖定字節(jié)來確定當(dāng)前的鎖定值。
| 鎖定位 1 | 鎖定位 0（LSB） | 含義 |
|---|---|---|
| 1 | 1 | 鎖定。允許 ReadMemory 和 WriteMemory 操作，但受本節(jié)限制；禁用 WriteMemoryEncrypted 和 ReadMemoryDigest 操作。 |
| 1 | 0 | 未鎖定/機(jī)密。允許 ReadMemoryDigest、WriteMemory 和 WriteMemoryEncrypted 操作；禁用 ReadMemory 操作。 |
| 0 | 0 | 未鎖定。允許 ReadMemory 和 WriteMemory 操作；禁用 WriteMemoryEncrypted 和 ReadMemoryDigest 操作。 |
從 Atmel 發(fā)貨時(shí)，Lock[1:0] 的值將根據(jù)訂購的零件編號(hào)為 10 或 00，處于這兩種狀態(tài)的 Atmel AT88SC118 被視為未鎖定，且不能從一種未鎖定狀態(tài)更改為另一種。執(zhí)行鎖定命令后，鎖定字節(jié)的值將變?yōu)?0xFF，此后無法再更改鎖定字節(jié)。
二、AC 和 DC 特性
1. DC 特性
| 在推薦的工作范圍內(nèi)（(V{CC}= + 2.7) 至 3.6V，(T{AC}=-40^{circ}C) 至 85°C），該設(shè)備具有以下直流特性： | 符號(hào) | 參數(shù) | 測(cè)試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VCC | 電源電壓 | 2.7 | 3.6 | V | |||
| ICC | 電源電流 | 400kHz | 5 | mA | |||
| ISB | 待機(jī)電流 | VIN = VCC 或 GND | 15 | μA | |||
| VIL | SDA 輸入低電壓 | -0.3 | VCC x 0.3 | V | |||
| VIL | CLK 輸入低電壓 | -0.3 | VCC x 0.3 | V | |||
| VIL | RST 輸入低電壓 | -0.3 | VCC x 0.3 | V | |||
| VIL | PDN 輸入低電壓 | -0.3 | VCC x 0.3 | V | |||
| VIH | SDA 輸入高電壓 | VCC x 0.7 | 5.25 | V | |||
| VIH | SCL 輸入高電壓 | VCC x 0.7 | 5.25 | V | |||
| VIH | RST 輸入高電壓 | VCC x 0.7 | 5.25 | V | |||
| VIH | PDN 輸入高電壓 | VCC x 0.7 | 5.25 | V | |||
| IIL | SDA 輸入低電流 | 0 < VIL < VCC x 0.15 | -10 | 10 | μA | ||
| IIL | SCL 輸入低電流 | 0 < VIL < VCC x 0.15 | -10 | 10 | μA | ||
| IIL | RST 輸入低電流 | 0 < VIL < VCC x 0.15 | -10 | 10 | μA | ||
| IIL | PDN 輸入低電流 | 0 < VIL < VCC x 0.15 | -10 | 10 | μA | ||
| IIH | SDA 輸入高電流 | VCC x 0.7 < VIH < VCC | -10 | 10 | μA | ||
| IIH | SCL 輸入高電流 | VCC x 0.7 < VIH < VCC | -10 | 10 | μA | ||
| IIH | RST 輸入高電流 | VCC x 0.7 < VIH < VCC | -10 | 10 | μA | ||
| IIH | PDN 輸入高電流 | VCC x 0.7 < VIH < VCC | -10 | 10 | μA | ||
| VOH | SDA 輸出高電壓 | 20k Ohm 外部上拉 | VCC x 0.8 | V | |||
| VOL | SDA 輸出低電壓 | IOL = 1mA，Vcc = 2.7V | 0.4 | V |
需要注意的是，典型值是在 25°C 下測(cè)量的，最大值是特性值，不是生產(chǎn)測(cè)試極限。
2. AC 特性
| 在推薦的工作范圍內(nèi)（(V{CC}= + 2.7) 至 3.6V，(T{AC}=-40^{circ}C) 至 85°C，(CL = 30pF)），該設(shè)備的交流特性如下： | 符號(hào) | 參數(shù) | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| fCLK | 時(shí)鐘頻率 | 0 | 400 | kHz | |
| 時(shí)鐘占空比 | 40 | 60 | % | ||
| tR | 上升時(shí)間：SDA、RST、PDN | 300 | nS | ||
| tF | 下降時(shí)間：SDA、RST、PDN | 300 | nS | ||
| tR | 上升時(shí)間：SCL | 300 | nS | ||
| tF | 下降時(shí)間：SCL | 300 | nS | ||
| tAA | 時(shí)鐘低電平到數(shù)據(jù)輸出有效 | 900 | nS | ||
| tHD.STA | 起始保持時(shí)間 | 600 | nS | ||
| tSU.STA | 起始建立時(shí)間 | 600 | nS | ||
| tHD.DAT | 數(shù)據(jù)輸入保持時(shí)間 | 100 | nS | ||
| tSU.DAT | 數(shù)據(jù)輸入建立時(shí)間 | 100 | nS | ||
| tSU.STO | 停止建立時(shí)間 | 600 | nS | ||
| tDH | 數(shù)據(jù)輸出保持時(shí)間 | 50 | 900 | nS |
同樣，典型值是在 25°C 下測(cè)量的，最大值是特性值，不是生產(chǎn)測(cè)試極限。部分參數(shù)未進(jìn)行測(cè)試，其值基于特性和/或仿真數(shù)據(jù)。
三、訂購代碼
| 訂購代碼 | 包裝形式 | 內(nèi)存鎖定 | 封裝 | 電壓范圍 | 溫度范圍 |
|---|---|---|---|---|---|
| AT88SC118 - SH - CM | 散裝 | 00（未鎖定） | 8S1 | 2.7V – 3.6V | 綠色合規(guī)（超過 RoHS）工業(yè)級(jí)（-40°C 至 85°C） |
| AT88SC118 - SH - CM - T | 卷帶包裝 | ||||
| AT88SC118 - SH - CN | 散裝 | 10（未鎖定/機(jī)密） | |||
| AT88SC118 - SH - CN - T | 卷帶包裝 |
其中，8S1 封裝為 8 引腳、0.150" 寬、塑料鷗翼小外形（JEDEC SOIC）。
四、封裝圖紙
文檔提供了 8S1 - 8 引腳 JEDEC SOIC 封裝的圖紙，包含了頂部視圖、側(cè)面視圖和端部視圖，并給出了各尺寸的最小、標(biāo)稱和最大值。具體尺寸信息可參考文檔中的表格。
五、修訂歷史
該文檔于 2013 年 4 月首次發(fā)布，版本號(hào)為 8858AS。
Atmel AT88SC118 CryptoCompanion 設(shè)備憑借其強(qiáng)大的安全功能、靈活的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和良好的電氣特性，為電子設(shè)備的安全通信提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇和使用該設(shè)備，以確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。
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數(shù)據(jù)安全
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