物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用現(xiàn)已滲透到智能家居、可穿戴設(shè)備、便攜式醫(yī)療設(shè)備、智慧城市、智能交通，以及智能電網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等各個(gè)領(lǐng)域。新安裝部署的終端和邊緣設(shè)備大都通過(guò)各種無(wú)線連接協(xié)議接入了網(wǎng)絡(luò)，帶來(lái)極大的智能化和通信便利。然而，消費(fèi)者、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商、系統(tǒng)集成商和IoT設(shè)備供應(yīng)商在享受物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展帶來(lái)的便利和好處的同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)安全威脅也悄悄蔓延開來(lái)，這并沒有引起業(yè)界的廣泛重視。

物聯(lián)網(wǎng)安全威脅

網(wǎng)絡(luò)安全專家和調(diào)研機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)出警告，物聯(lián)網(wǎng)安全威脅的影響可能成為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施和運(yùn)行中的一個(gè)主要問題。物聯(lián)網(wǎng)安全威脅（如DDoS、勒索軟件和社交工程）可以用來(lái)竊取個(gè)人和組織的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。攻擊者可以利用物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中的安全漏洞來(lái)執(zhí)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)攻擊，可能受到影響的不只是消費(fèi)者的個(gè)人信息（比如人臉識(shí)別和賬戶等個(gè)人信息），還有可能是商業(yè)樓宇、工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，甚至水電和煤氣等公共服務(wù)公司。

潛在的物聯(lián)網(wǎng)安全威脅包括如下幾種：

僵尸網(wǎng)絡(luò)。這是一種將各種系統(tǒng)結(jié)合在一起的網(wǎng)絡(luò)，可以遠(yuǎn)程控制受害者的系統(tǒng)并分發(fā)惡意軟件。網(wǎng)絡(luò)犯罪分子利用命令和控制服務(wù)器控制僵尸網(wǎng)絡(luò)，以竊取機(jī)密數(shù)據(jù)，獲取網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)，并執(zhí)行像DDOS和網(wǎng)絡(luò)釣魚這樣的網(wǎng)絡(luò)攻擊。網(wǎng)絡(luò)犯罪分子可以利用僵尸網(wǎng)絡(luò)來(lái)攻擊與筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和智能手機(jī)等其他設(shè)備相連的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。Mirai僵尸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)展示了物聯(lián)網(wǎng)安全威脅的危險(xiǎn)性。

拒絕服務(wù)。DDoS攻擊通過(guò)發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求故意試圖在目標(biāo)系統(tǒng)中造成容量過(guò)載。與網(wǎng)絡(luò)釣魚和暴力攻擊不同，實(shí)施拒絕服務(wù)的攻擊者并不打算竊取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。但是，DDOS可以用來(lái)減慢或禁用服務(wù)，以損害目標(biāo)組織的聲譽(yù)。例如，遭到拒絕服務(wù)攻擊的航空公司將無(wú)法處理機(jī)票預(yù)訂、檢查航班狀態(tài)和取消機(jī)票的請(qǐng)求。

中間人（MITM）。在這種攻擊中，黑客破壞兩個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)之間的通信通道，并試圖攔截其中的信息。攻擊者控制其通信并向參與系統(tǒng)發(fā)送非法信息。這種攻擊可以用來(lái)黑進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如智能冰箱和自動(dòng)駕駛汽車。中間人攻擊可用于攻擊多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，因?yàn)樗鼈儗?shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)。例如，像燈泡這樣的智能家居配件可以被攻擊者利用MiTM來(lái)改變其顏色或打開或關(guān)閉，這種攻擊會(huì)給工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備帶來(lái)災(zāi)難性后果。

其它網(wǎng)絡(luò)攻擊安全威脅還有身份和數(shù)據(jù)盜竊、社交工程、高級(jí)持續(xù)性威脅、勒索軟件，以及遠(yuǎn)程錄制等手段。其危害和負(fù)面影響對(duì)個(gè)人、企業(yè)、組織甚至政府都可能是極大的。

傳統(tǒng)的安全軟件和各種軟件安全機(jī)制已經(jīng)無(wú)法應(yīng)對(duì)越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)攻擊手段，因?yàn)楹芏喙粢呀?jīng)下沉到底層硬件，甚至芯片這一層級(jí)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的主控芯片一般都是基于Arm微處理器內(nèi)核的MCU，這已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)黑客攻擊的對(duì)象。

MCU安全技術(shù)

安全可信計(jì)算環(huán)境（TEE）從處理器MPU向微控制器MCU延伸已是大勢(shì)所趨。為了更好地提高M(jìn)CU安全性能，Arm在ARMv8-M架構(gòu)中引入了TrustZone技術(shù)。ARMv8-M中的TrustZone技術(shù)是一種可選擇的安全擴(kuò)展，旨在為各種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用提供基本的安全保障。盡管TrustZone技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，被廣泛應(yīng)用在Arm Cortex-A系列處理器上，但并非所有的Cortex M微處理器都能夠支持TrustZone，只有ARMv8-M 處理器中的Cortex-M23、Cortex-M33和Cortex-M35P才支持。而一般通用型MCU都是基于M0、M3或M4內(nèi)核，仍然享受不到TrustZone技術(shù)帶來(lái)的安全保障。

為滿足客戶對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全的迫切需求，很多MCU開發(fā)商開始采用專有的技術(shù)來(lái)增加其MCU產(chǎn)品的安全性，甚至有些MCU廠商將安全性作為差異化競(jìng)爭(zhēng)的賣點(diǎn)，以安全芯片起家的國(guó)民技術(shù)就是其中一家。

為了進(jìn)一步了解國(guó)民技術(shù)所宣稱的通用安全MCU的安全技術(shù)及其應(yīng)用方案，筆者受邀參觀了國(guó)民技術(shù)公司，并與其MCU產(chǎn)品規(guī)劃總監(jiān)和公司產(chǎn)品分管產(chǎn)品副總裁進(jìn)行了深入交流。這次訪談讓我對(duì)安全芯片和安全MCU有了深入的認(rèn)識(shí)，原來(lái)不為大眾所知的安全芯片早已滲透到我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦小?/span>

國(guó)民技術(shù)的安全技術(shù)

國(guó)民技術(shù)依托三大技術(shù)平臺(tái)（SoC、安全和射頻）來(lái)支持其通用安全MCU、安全芯片和射頻產(chǎn)品系列，緊而為消費(fèi)電子、智能家居、電機(jī)控制、智能表計(jì)、可信計(jì)算和工業(yè)控制等應(yīng)用領(lǐng)域提供相應(yīng)的解決方案。

該公司于2006年建立國(guó)內(nèi)首個(gè)企業(yè)獨(dú)立安全芯片攻防技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，2013年成為『密碼芯片攻防技術(shù)深圳市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室』、廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，擁有國(guó)外一流實(shí)驗(yàn)室90%的攻擊案例。該實(shí)驗(yàn)室建有芯片和物聯(lián)網(wǎng)安全攻防實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配備了功耗、電磁輻射分析系統(tǒng)，高速示波器，電壓毛刺、多點(diǎn)激光、電磁故障注入系統(tǒng)，高精度磨拋機(jī)、高倍3D顯微鏡、精密探針臺(tái)、激光切割儀和無(wú)線信號(hào)分析等專業(yè)設(shè)備。

國(guó)民技術(shù)計(jì)算的安全芯片產(chǎn)品線主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證、電子銀行、電子證照、移動(dòng)支付與服務(wù)器/云安全、可信計(jì)算等信息安全領(lǐng)域。該公司開始布局新一代安全認(rèn)證芯片控制器的研發(fā)、新一代微認(rèn)證芯片產(chǎn)品研發(fā)及樣品測(cè)試等，其中新一代安全芯片產(chǎn)品N32S032獲得《信息技術(shù)產(chǎn)品安全測(cè)評(píng)證書（EAL5+）》，是中國(guó)信息安全測(cè)評(píng)中心頒發(fā)的首個(gè)國(guó)際、國(guó)密雙算法安全芯片EAL5+級(jí)別證書，產(chǎn)品安全能力達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。

通用安全MCU

國(guó)民技術(shù)通用安全MCU基于ARM Cortex-M系列32位處理器內(nèi)核，內(nèi)置嵌入式高速閃存、低功耗電源管理，集成數(shù)?；旌想娐罚?nèi)置硬件密碼算法加速引擎以及安全單元，形成高集成度、高性能、低功耗等特色的安全芯片產(chǎn)品和通用安全MCU產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于穿戴式設(shè)備、智能家庭物聯(lián)終端設(shè)備（如智能家電，智能門鎖/門禁等）、電機(jī)控制、智慧城市節(jié)點(diǎn)控制、工業(yè)控制、智能表計(jì)、醫(yī)療、電池及能源管理、生物識(shí)別、通信、傳感器控制以及機(jī)器人等領(lǐng)域。

據(jù)國(guó)民技術(shù)MCU產(chǎn)品執(zhí)行總監(jiān)鐘新利介紹，硬件加速的算法性能是軟件算法的數(shù)十倍甚至百倍。通用安全MCU具有如下安全特性：加密下載、讀獨(dú)寫保護(hù)、安全存儲(chǔ)、密碼算法加速、分區(qū)權(quán)限管理、固件安全更新、侵入檢測(cè)和時(shí)鐘安全系統(tǒng)等。

通用安全MCU的技術(shù)涉及亞閾值及電源管理、總線并發(fā)架構(gòu)、數(shù)?；旌显O(shè)計(jì)架構(gòu)、安全架構(gòu)，以及可靠性等技術(shù)。

下面是兩個(gè)國(guó)民技術(shù)安全MCU的應(yīng)用案例。一個(gè)是內(nèi)置國(guó)密算法加速引擎以簡(jiǎn)化門禁非接觸讀卡的應(yīng)用方案，其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：

1.內(nèi)置國(guó)密算法加速引擎，無(wú)需外置SE（Secure Element）節(jié)省系統(tǒng)BOM成本

2.內(nèi)置高達(dá)512KB加密存儲(chǔ)器，保護(hù)用戶敏感信息不被非法暴力獲取

3.低能耗：動(dòng)態(tài)運(yùn)行功耗90uA/MHz，每秒3次定時(shí)喚醒功耗~10uA

另一個(gè)是數(shù)字視頻（DVP）接口助力生物識(shí)別安全性提升的應(yīng)用案例，其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：

1.片上集成并行數(shù)字視頻端口（DVP），支持CMOS Sensor數(shù)據(jù)采集，可用于指靜脈數(shù)據(jù)采集

2.支持時(shí)鐘輸出功能給Sensor提供24MHz時(shí)鐘，節(jié)省BOM，減小體積

3.嵌入式加密存儲(chǔ)Flash，保障指靜脈生物信息安全

為進(jìn)入更大規(guī)模的通用芯片產(chǎn)品市場(chǎng)，國(guó)民技術(shù)結(jié)合低功耗和安全芯片研發(fā)所形成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，基于ARM Cortex M4/M0內(nèi)核開發(fā)出了80多個(gè)MCU型號(hào)。其M7內(nèi)核的MCU目前仍在研發(fā)中，擬采用22或?qū)⒉捎门_(tái)積電28nm工藝，定位為高性能MCU，主要應(yīng)用于工業(yè)控制，能源控制，工業(yè)應(yīng)用圖形圖像處理等市場(chǎng)。

國(guó)民技術(shù)在SoC芯片設(shè)計(jì)、安全、射頻、低功耗等領(lǐng)域積累了自主研發(fā)的核心技術(shù)，并擁有多項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。截至2021年6月30日，其知識(shí)產(chǎn)權(quán)（含專利、商標(biāo)、軟件著作權(quán)、集成電路布圖等）累計(jì)申請(qǐng)量為2,363項(xiàng)，授權(quán)量為1,369項(xiàng)，其中國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)總量1,469項(xiàng)，取得國(guó)內(nèi)外授權(quán)專利754項(xiàng)，集成電路布圖設(shè)計(jì)登記45項(xiàng)，軟件著作權(quán)76項(xiàng)。除深圳總部外，該公司在武漢、西安、上海、北京、新加坡均有分支機(jī)構(gòu)，公司總體研發(fā)人員近300人。

結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)MCU已經(jīng)從低端消費(fèi)電子和家電市場(chǎng)的紅海比拼價(jià)格、Pin-to-Pin替換、國(guó)產(chǎn)替代，走向差異化競(jìng)爭(zhēng)的階段。在新興的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)MCU與國(guó)際MCU大廠幾乎處于同一起步線，能否占據(jù)一席之地以及勝出不再取決于價(jià)格戰(zhàn)，而是在于底層硬件技術(shù)，比如安全、低功耗和無(wú)線連接等。

國(guó)民技術(shù)主打“安全”牌，其通用MCU所固有的安全特性將在對(duì)安全要求日漸提高的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)引起特別的關(guān)注，推動(dòng)其MCU市場(chǎng)的擴(kuò)展和滲透。