YTM32的HSM模块在信息安全场景中的应用

最新推荐文章于 2025-01-07 08:45:05 发布

suyong_yq

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分类专栏： YTM32 文章标签： YTM32 MCU 信息安全

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/suyong_yq/article/details/135777896

本文详细阐述了YTM32的HSM模块如何在汽车电子系统中提升信息安全，介绍了HCU外设模块的硬件特性和操作流程，涉及AES、SHA等加密算法，以及如何通过FIFO进行数据处理和密钥管理。

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YTM32的HSM模块在信息安全场景中的应用

文章目录

YTM32的HSM模块在信息安全场景中的应用

引言

随着汽车上通信系统越来越复杂，云端、远程通信的场景越来越多，信息安全变得越来越重要，在通信领域常用的AES、SHA、RSA等加密算法被越来越多地应用到汽车电子系统中。通常这类加解密算法都需要大量的数学运算，需要消耗相当多的CPU时间，但同时汽车应用场景对ECU有比较高的实时性要求，为了节省主CPU的资源，专用于执行加解密算法的硬件HSM模块应运而生。

广义上的HSM（Hardware Security Module），是MCU上专门用于实现加解密算法的外设模块，它一般会有一个独立的CPU，专门用来进行加解密运算，还有一些针对特定算法的硬件加速器（如AES-128、SHA-256等）。有了HSM模块，程序中就可以把加解密运算交给HSM来执行，同时主CPU就可以去做其他工作，一段时间后来查询结果，或等待HSM计算完成后通过中断等方式通知主CPU计算结果即可。HSM通常还拥有单独的存储区，包括RAM和NVM（Flash存储器），HSM的存储区在正常运行状态下应只允许HSM读写，主CPU不能读写。这样就可以把算法秘钥等重要数据存储在HSM存储区，与主CPU进行隔离，进一步加强安全性。此外HSM模块还会集成（或者共存）真随机数生成器等加密算法常用外设。

应用场景：一点点密码学基础

常用的加密方法，比较耳熟能详的是摘要算法（哈希算法，HASH）、对称加密、非对称加密等。

摘要算法是不可逆的，主要作用是对信息的完整性和一致性进行校验。
对称加密算法是可逆的，主要作用是保证私密信息不被泄露。不同于摘要算法（HASH），是真正意义上的加密算法。
相对于对称加密在加解密过程中使用同一个密钥，非对称加密在加密和解密过程中使用的密钥也是不同的（公钥和私钥）。

假设有发送方向接收方发送消息。如果没有任何加密算法，接收方发送的是一条明文消息：我是小灰。
在这里插入图片描述

如果中间人截获到消息，即使中间人无法篡改消息，也可以窥探到消息的内容，从而暴露了通信双方的私密。

因此，我们不再直接传送明文，而改用对称加密的方式传输密文，画风就变成了下面这样：

在这里插入图片描述
具体工作的步骤如下：

发送方利用密钥123456，加密明文我是小灰，加密结果为TNYRvx+SNjZwEK+ZXFEcDw==。
发送方把加密后的内容TNYRvx+SNjZwEK+ZXFEcDw==传输给接收方。
接收方收到密文TNYRvx+SNjZwEK+ZXFEcDw==，利用密钥123456还原为明文我是小灰。（使用相同密钥的对称加密方法）

硬件：YTM32的信息安全子系统

HCU外设模块

YTM32的HCU（Hardware Cryptography Unit）是HSM的一种典型实现，使用硬件计算引擎，可以实现对用户数据的加解密计算，其中包括AES、SM4、SHA等算法，并配合真随机数发生器TRNG和HCU_NVR存储区，完成了对加解密系统的硬件支持。如图x所示。

在这里插入图片描述

图x YTM32的HCU外设系统框图

从HCU外设的系统框图中可以看到，HCU的核心是一个复用成多种模式的计算引擎，用户可以通过FIFO向计算引擎送数参与计算，并在计算结束后，通过FIFO读出计算结果。HCU的用户操作接口（寄存器）并不复杂，主要的配置选项都在选择计算引擎的工作模式上（HCU_CR寄存器），DMA和中断，以及标志位的设置，都是面向FIFO的常规功能。

需要特别关注的是，HCU外设模块从Flash（EFM模块）存储器中导入Key到HCU_KEY寄存器的机制，以及众多面向具体加解密算法，需要通过专用的寄存器传入专用的参数，例如通过HCU_MSGINFO寄存器和HCU_MSGADL