面向可编程 SoC 架构的从非易失性存储器安全启动
密码学与安全
2020-04-21 v1 硬件体系结构
摘要
在现代嵌入式系统中，产品全生命周期对综合安全标准的可信度已成为日益重要的市场准入要求。然而，这些安全标准依赖于强制性的免疫假设，例如通常从非易失性存储器（NVM）加载的初始系统配置的完整性与真实性。这尤其适用于基于 FPGA 的可编程片上系统（PSoC）架构，因为目标代码与配置数据轻易超出安全 bootROM 的容量。在此背景下，攻击者可能试图篡改 NVM 器件内容以操纵系统。因此 PSoC 尤其在启动时刻依赖于 NVM 的完整性。本文中，我们提出一种通过利用 FPGA 可重构逻辑在潜在不安全环境中从 NVM 安全启动的方法。此处，FPGA 作为安全锚点，在对从 NVM 加载到 PSoC 上的任何用户应用进行配置与执行前，执行所需的完整性与真实性验证。所提安全启动过程基于以下假设与步骤：1）启动配置存储于完全加密的安全数字存储卡（SD 卡）或作为 NVM 的闪存中。2）启动时，加载称为可信存储器接口单元（TMIU）的硬件设计，先验证所部署 NVM 的真实性，再于解密后验证其内容的完整性。为证明方法的实用性，我们将该方法论集成到 Xilinx Zynq PSoC 的厂商特定安全启动过程中，并评估了设计目标在性能、功耗与资源成本上的表现。
引用
@article{arxiv.2004.09453,
title = {Secure Boot from Non-Volatile Memory for Programmable SoC Architectures},
author = {Franz-Josef Streit and Florian Fritz and Andreas Becher and Stefan Wildermann and Stefan Werner and Martin Schmidt-Korth and Michael Pschyklenk and Jürgen Teich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.09453},
year = {2020}
}
备注
9 pages, 5 figures