前言
今天和大家一起学习的是OTPC，既然在学习，我们就肯定要知道我们为什么要学习？
因为我们是研究安全的，在安全启动的过程中，我们一直在说一个信任根的概念-ROT，我们知道这个根是放在BootRom或者Bias中去实现的。
进一步我们知道安全必须是和硬件配合起来才能保证ROT的可信，才能建立整个启动链路信任机制，那在安全启动我们到底依赖了哪些硬件，脑子里肯定想起了ARM Core的TrustZone架构，不知道有没没想起之前我分享的TRNG、AES这些逻辑IP。
是的，这些都是不可或缺的，并且还不止这些，还会依赖有更多的IP，比如今天我带来OTP+OTPC。
整个启动链路所设计到的密钥，和运行时对于隐私数据保护的加解扰，都是来自于OTP+OTP和其他的IP的配合。
至于其他的IP，我会在后续的文章中陆续整理分享出来和大家一起学习，那么今天让我用三篇文章和大家一起来搞懂这个：
系统安全基石IP------>OTPC
整个系列分为三个部分：
- • 什么是OTP
- • 什么是OTPC，其工作原理是什么
- • 怎么设计一个OTPC
1、OTP概述
- MTP: Multiple-Time Programmable，可以多次编程
- FTP: Few-Time Programmable，可编程的次数有限
- OTP: One-Time Programmable，只允许编程一次，一旦被编程，数据永久有效
One-Time Programmable（OTP）是一种类型的非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），它具有特殊的特点，即一旦编程（写入）之后，就无法再次擦除或重写。这使得OTP在许多应用中具有重要的作用，特别是在需要存储一次性信息、安全密钥或设置的场景中。
OTP存储器通常用于存储固定的配置信息、唯一的设备标识、加密密钥、身份验证令牌种子等内容，这些内容在设备的生命周期内都不会被修改。由于无法再次擦除或重写，OTP存储器具有很高的安全性，防止了恶意或不经授权的数据篡改。
比如在计算机系统的安全启动过程中，One-Time Programmable（OTP）技术具有重要作用。OTP是一种只能编程一次的存储器技术，它在硬件上保存了一些关键的信息或密钥，以确保系统的安全性和完整性。以下是OTP在安全启动中的一些用途：
- 设备身份验证：在安全启动过程中，设备可以使用OTP中的唯一标识符来验证其身份。这有助于防止恶意的硬件替换或仿冒攻击，因为每个设备都有其独特的OTP标识。
- 密钥存储：OTP可以用来存储加密密钥、认证密钥或其他敏感信息，这些信息对于系统的安全运行至关重要。由于OTP无法被多次编程或修改，存储在其中的密钥在物理上是固定的，这提供了额外的安全性，因为攻击者无法更改或篡改这些密钥。
- 启动认证：安全启动时，系统可以使用OTP存储的数字签名或证书来验证启动代码的完整性和真实性。这有助于防止恶意代码或未经授权的修改在系统启动时运行。
- 防止未授权访问：OTP中的信息可以用于创建访问控制规则，确保只有经过授权的实体才能访问系统的关键资源和功能。这有助于防止未经授权的访问和数据泄露。
- 安全补丁管理：系统可以使用OTP来存储有关可信补丁或更新的信息，以确保只有来自可信源的补丁被应用到系统中。
- 启动完整性检查：OTP中的值可以用于在每次启动时生成或验证哈希值，以确保引导代码和系统文件未被篡改。这有助于检测到潜在的恶意活动。
相对于多次性可编程器件如MTP，Flash等，OTP其编程过程是不可逆的，适用于程序固定不变的应用场合。
由于其成本低于多次性可编程器件，适合用在具有一定灵活性、成本不高和性能需要刷新的电子产品中，如电源管理芯片[1]。
电源管理芯片以模拟电路为主，受工艺制造等误差的影响，流片回来的芯片往往需要对作参数校准，通过在芯片中添加OTP和寄存器，调试完成后将确定的值烧写到OTP中，芯片上电后OTP的值被装载到寄存器中，模拟电路参数完成校准。
图 1是一种常见的模拟芯片电路系统框图，芯片上电后将OTP的数值装载到寄存器中完成模拟电路的参数校准，嵌入低速接口IP(常选用I2C/SPI/UART等)方便进行OTP、寄存器的读写，大大提高了调试的便捷性。
OTP供应商-Kilopass
Kilopass成立于2001年，总部位于硅谷，在过去的2008年至2016年间，公司的增长速度是IC行业的10倍。公司的产品包装有OTP（one-time programmable Memory)，和垂直分层晶闸管 VLT (Vertical Layered Thyristor)。据Bernd介绍，目前Kilopass拥有OTP方面的专利超过70个，客户超过了250家（IDM和IC设计公司），仅TSMC 10纳米的eFuse出货量就超过了100亿。
Kilopass现在的存储器IP主要有超低功耗 Gusto-2 NVM IP、高 Gusto NVM IP和XPM OTP NVM三条产品线，以及XPM寄存器IP。
作为一家嵌入式存储器IP供应商，不仅要在工艺上跟进最新的SoC、CPU等芯片的技术发展路线，更为重要的是存储器的安全性是得到客户的认可。
Bernd 表示，Kilopass的高安全性OTP（8k至32k bit)，是目前业界最为安全的反熔丝（antifuse)OTP技术，广泛应用于安全引擎、可信根（Root of Trust）。
其内置了主动保护，可以防止主被动攻击、黑客、反向工程、篡改。Bernd指出，Kilopass是美国最大的付费电视、DRM、CA等芯片 OTP 技术供应商。
Gusto是Kilopass的高密度 OTP，存储容量从512k 至1Mbit，它具有低功耗、低成本和高灵活性。目前市场上很多的无线芯片如BLE、蓝牙音频、无线音频、音频放大器、生物传感器等，都有采用该公司的Gusto OTP IP。
Kilopass的foundry伙伴包括有TSMC、GF、UMC、SMIC、三星、IBM、HHGRACE、Dongbu HiTek、TowerJazz等几乎业界所有的晶圆代工企业。
小结
但是说到底OTP本质上也是一篇内存，怎么去实现这些复杂的场景和应用呢？这就需要我们的OTPC，到这里请带着好奇，打开下一篇开始我们的OTPC学习之旅。
参考文献
- [1]. 门萌萌. 一种基于CMOS工艺的一次性可编程存储器的研制[D]. 西安电子科技大学, 2016.
- [2]. TSMC 0.18um Pure 5V BCD Process 128x8bit One Time Programmable Device Datasheet
- [3]. 孙轶群. 数字集成电路低功耗物理实现技术与UPF
- [4]. Low Power Methodology Manual For System-on-Chip Design
作者：Hcoco
文章来源：TrustZone
推荐阅读
更多物联网安全，PSA等技术干货请关注平台安全架构(PSA)专栏。欢迎添加极术小姐姐微信（id:aijishu20)加入PSA技术交流群，请备注研究方向。
