聊聊Secure Storage

1. 安全存储的定义与重要性
2. SoC存储设备
1. SoC中的存储设备
2. 存储设备的用途
3. 存储设备的安全问题
3. 解决措施
1. NVM存储单元
2. 防物理攻击的保护机制
3. 片外保护机制
4. 访问计数器和防回滚机制
5. 数据加密和加扰机制

在数字化时代，数据安全是企业和个人关注的焦点。安全存储作为保护数据的第一道防线，其重要性不言而喻。安全存储不仅仅是安全内存的子集，它涵盖了更广泛的存储设备和解决方案，以确保数据在存储、处理和传输过程中的安全性。

1. 安全存储的定义与重要性

安全存储是指在硬件和软件层面上采取一系列措施，以防止未授权访问、数据泄露、篡改或破坏的一种存储技术。它包括了数据加密、访问控制、完整性校验等多种安全机制，旨在为数据提供一个安全的存储环境。安全存储的核心技术包括数据加密和认证授权管理技术，通过将文件变为乱码（加密）存储，并在使用时还原（解密），既保证了安全，又能够方便地使用数据。

2. SoC存储设备

系统级芯片（SoC）通常集成了多种存储设备，以满足不同的性能和安全需求。这些存储设备包括：

1. SoC中的存储设备

NVM（非易失性存储器）：如NOR Flash和NAND Flash，用于存储固件和配置数据。
DRAM（动态随机存取存储器）：用于临时存储正在处理的数据。
PSRAM（伪静态随机存取存储器）：一种高速的非易失性存储器，用于缓存和临时存储。
eMMC（嵌入式多媒体卡）：一种集成了控制器的NAND Flash，用于大容量数据存储。

2. 存储设备的用途

NVM：存储固件和配置信息，这些信息在系统启动和运行时至关重要。 * DRAM：作为系统的主内存，用于存储正在处理的数据和程序。
PSRAM：提供高速缓存，提高数据处理速度。
eMMC：用于存储大量的多媒体数据和用户文件。

3. 存储设备的安全问题

NVM：可能面临固件篡改、密钥泄露等安全威胁。
DRAM：由于其易失性，容易在断电后丢失数据，且可能被未授权访问。 * PSRAM：虽然速度快，但同样面临数据泄露和篡改的风险。
eMMC：由于其大容量特性，更容易成为攻击者的目标，数据泄露的风险更高。

3. 解决措施

为了应对这些安全问题，SoC设计者和开发者采取了一系列措施来增强存储设备的安全性。

1. NVM存储单元

SoC应集成NVM存储单元，用于存储密钥和安全配置信息。这些存储单元应设计为只读或写入后不可更改，以防止未授权的修改。

2. 防物理攻击的保护机制

存储密钥的一次性可编程（OTP）存储器应具备防物理攻击的保护机制，如使用防逆向的antifuse技术或将密钥加密后存储，以防止通过物理手段获取密钥。例如，NXP的某些芯片就具有物理攻击防护功能，能够抵御侵入式和半侵入式攻击。

3. 片外保护机制

对于与外部设备对接的存储器，应实施片外保护机制，如使用加密通信协议，确保数据在传输过程中的安全性。例如，可以通过构建一个多协助enclave的分布式系统，向系统广播计数器值，通过分布式系统的同步协议来保证协助enclave计数器值安全。

4. 访问计数器和防回滚机制

SoC应提供非易失性计数器（NV Counter）来记录对敏感数据的访问次数，结合防回滚机制，防止攻击者通过重置计数器来绕过安全检查。例如，SGX counters通过引入可信的平台服务enclave（PSE）来为本地的其他普通enclave程序提供计数器服务，然后将PSE的记录的不同enclave的计数器值将保存在本地非易失性存储器。

5. 数据加密和加扰机制

对于DRAM和PSRAM等易失性存储器，应提供数据加密或加扰机制，确保即使在物理访问的情况下，数据也无法被轻易读取或篡改。数据加扰不同于加密，更多地关注于数据在传输或存储过程中的可靠性和稳定性。加扰通常是可逆的，且加扰和解扰过程使用相同或者容易推导的算法。

通过这些措施，SoC的存储设备能够为数据提供一个更加安全的存储环境，从而保护用户的数据免受各种安全威胁。安全存储是数据安全的基石，随着技术的发展，我们有理由相信，未来的安全存储技术将更加成熟和可靠。

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文章来源：TrustZone

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