聊聊 ECC 技术的安全芯片 SQ7131 from［汉芝电子］

原创于 2025-09-08 09:39:40 发布 · 3.1k 阅读

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SQ7131 安全芯片概述

针对［汉芝电子］的 SQ7131 是一款基于 ECC（椭圆曲线密码学）技术的安全芯片，主要用于数据加密、身份认证和密钥管理。其核心优势在于利用 ECC 的高效性和安全性，适用于物联网（IoT）、金融支付和智能卡等场景。

ECC 的基本原理

椭圆曲线密码学（Elliptic Curve Cryptography, ECC）是一种基于椭圆曲线数学的公钥密码体系。其安全性依赖于椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）的计算复杂性。椭圆曲线在有限域（如素数域 $GF(p)$ 或二进制域 $GF(2^m)$）上定义，形式为：
$$y^2 = x^3 + ax + b \quad (\text{模 } p)$$
其中 $4a^3 + 27b^2 \neq 0$ 确保曲线非奇异。

ECC 的优势

密钥长度短：相比 RSA，ECC 提供相同安全性时密钥更短。例如，256 位 ECC 密钥相当于 3072 位 RSA 密钥的安全性，计算资源消耗更低。
计算效率高：在资源受限环境（如物联网设备）中表现优异，适合移动端和嵌入式系统。
安全性：基于椭圆曲线离散对数问题（ECDLP），目前尚无已知多项式时间算法可破解。
低功耗：适合电池供电设备，因其运算量更小，适合嵌入式设备和移动终端。

ECC 的应用场景

TLS/SSL 加密：现代协议（如 TLS 1.3）广泛支持 ECC 算法（如 ECDHE、ECDSA）。
区块链技术：比特币和以太坊使用 ECC（secp256k1 曲线）生成地址和签名。
数字签名：ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）用于软件签名和身份认证。

ECC 的实现步骤

密钥生成

选择一条椭圆曲线和基点 $G$。
随机生成私钥 $d$（整数，$1 < d < n$，$n$ 为 $G$ 的阶）。
计算公钥 $Q = d \times G$（标量乘法）。

加密与解密

加密：发送方使用接收方公钥 $Q$ 生成临时密钥对，通过点运算生成共享密钥。
解密：接收方用私钥 $d$ 还原共享密钥。

签名与验证（ECDSA）

签名：对消息哈希 $h$，生成随机数 $k$，计算签名 $(r, s)$，其中 $r$ 为 $k \times G$ 的 x 坐标，$s = k^{-1}(h + d \cdot r) \mod n$。
验证：通过公钥 $Q$ 验证签名是否匹配消息哈希。

安全性与挑战

量子威胁：Shor 算法可破解 ECDLP，后量子密码学（如基于格的算法）是研究热点。
侧信道攻击：需防范时序分析或功耗分析，实现时需恒定时间算法。

常用曲线标准

NIST 曲线：如 P-256、P-384，广泛用于政府和企业标准。
Curve25519：Daniel J. Bernstein 设计，用于 EdDSA 和现代协议（如 WireGuard）。

ECC 通过高效性和强安全性成为现代密码学的核心，但其标准化和后量子迁移仍需持续关注。

SQ7131 的功能特性

硬件加速
支持 ECC 算法（如 ECDSA、ECDH）的硬件加速，提升签名、验签和密钥交换效率。
- 典型操作时间：ECDSA 签名约 10ms（@256 位密钥）。
安全存储
内置安全存储区域，保护私钥和敏感数据免受物理攻击（如侧信道分析）。
多协议支持
兼容 TLS/DTLS、ISO/IEC 7816 等通信协议，便于集成到现有安全体系中。
抗攻击能力
通过防篡改设计和随机数生成器（TRNG）抵御差分功耗分析（DPA）和故障注入攻击。