越來越多的IC廠商開始探索一種芯片級的安全技術來保護數(shù)據(jù)，這種技術被稱為物理不可克隆功能（PhysicallyUnclonableFunction，簡稱PUF）。雖然芯片的生產流程是很精密的，但芯片上每個電路還是有細微的差異，這種技術就是利用這一差異。PUF利用這些微小的差異來生成一個獨特的數(shù)值作為密鑰，而密鑰對數(shù)字安全至關重要。

　　安全問題正日益成為互聯(lián)設備（或物聯(lián)網(wǎng)IoT）開發(fā)人員的一大擔憂，尤其是當他們不得不面對巨大安全風險的情況下，這些安全風險來自黑客攻擊、信息泄露和安全漏洞。

　　考慮到IoT設備需要保持低功耗和優(yōu)化處理能力，要提高其安全性而又不增加芯片尺寸或成本，這是IoT設備面臨的挑戰(zhàn)之一。

　　有效的PUF技術就可能克服傳統(tǒng)密鑰存儲的局限性：PUF電路沒有電池或其它永久性電源。任何對這個密鑰進行物理探測的嘗試都將會極大地改變PUF電路的特性，從而產生一個不同的數(shù)字。PUF密鑰只在需要加密操作時生成，并且可以立即擦除。

　　從料單（BOM）成本的角度看，PUF技術在防篡改SRAM的安全性方面具有很大優(yōu)勢。雖然單靠PUF技術本身不足以保證密鑰安全，但它無疑可將嵌入式設備的安全風險降到最低。

　　最近，我們看到美信（MaximIntegrated）和SiliconLabs發(fā)布了利用PUF技術保證安全的芯片產品。SiliconLabs在其WirelessGeckoSeries2平臺上，為面向IoT設備的無線SoC添加了基于硬件的安全功能，就是將安全軟件功能與PUF硬件技術結合起來。Maxim發(fā)布的ChipDNAMAX32520是基于ArmCortex-M4的微控制器，采用PUF技術來提供多級保護。ChipDNA可以生成安全密鑰，直接用于多種加密安全功能，比如一種對稱密匙可對存儲于安全IC非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)進行加密/解密。

　　Maxim的一位發(fā)言人告訴《EETimes》，“MAX32520適用于于多種應用，盡管我們在嵌入式世界展會上的新聞發(fā)布公告中特別指出了IoT應用，但該芯片并不局限于IoT”。該器件可用于其它領域，包括工業(yè)、醫(yī)療、計算等。

　　基于串行閃存仿真功能，MAX32520可以為任何處理器實現(xiàn)安全啟動，并提供兩個額外的物理層：裸片屏蔽和物理篡改檢測。該芯片還提供了內部閃存加密選項，可用于IP保護和閃存數(shù)據(jù)保護。它支持SHA512、ECDSAP521和RSA4096等強大的加密算法，其強大的加密功能可提高設備的可信度。MAX32520利用ChipDNA輸出作為密鑰內容，以加密的方式保護來設備存儲的數(shù)據(jù)，包括用戶固件。用戶固件的加密可實現(xiàn)終極的軟件IP保護。

　　ChipDNA還可以為ECDSA簽名操作生成私鑰。為支持系統(tǒng)級安全，MAX32520提供了符合FIPS/NIST規(guī)范的TRNG、環(huán)境和篡改檢測電路。任何探測或觀察ChipDNA的嘗試都會改變底層電路的特性，從而避免了芯片加密功能所用的唯一值被發(fā)現(xiàn)。同樣，由于使ChipDNA電路正常運行所需的工廠條件限制，即便高超的逆向工程嘗試也無法成功。

　　與此同時，SiliconLabs物聯(lián)網(wǎng)安全高級產品經(jīng)理MikeDow向EETimes解釋了他們如何在IoT設備的無線SoCs中使用PUF技術?！盀榱藢UF嵌入SiliconLabs的安全庫和安全元件技術中，我們使用了SRAMPUF，意指利用一組SRAM位的固有隨機性，當它們被激活時可以獲得一個該設備獨有的對稱密鑰。我們所采用的SRAMPUF技術在市場上具有最長的可靠性記錄。由于我們的客戶所部署的設備通常運行時間超過10年，因此我們需要具有長期可靠性的PUF技術?！?/p>

　　他解釋道，在SiliconLabs的實施方案中，PUF的使用僅限于創(chuàng)建密鑰加密密鑰（KEK），KEK用于封裝（加密）系統(tǒng)中的其它密鑰，并將它們存儲在內部或外部存儲器中?！耙驗镵EK僅用于訪問封裝的密鑰，所以它的使用時間會受到限制，從而降低了遭受多種攻擊的可能性。此外，只有在重啟或復位（PoweronReset--POR）的時候才需要重構KEK，這進一步限制了生成密鑰過程的訪問。”

　　在本設計中，除了KEK之外的每一個密鑰都是由遵循NIST規(guī)范的真隨機生成器（TRNG）產生的，然后用AES加密來封裝密鑰。TRNG和AES技術在安全行業(yè)中都很常見，易于理解、測試和驗證。我們還使用了256位密鑰來增加AES加密的強度。為了進一步增強算法的抗攻擊能力，還將差分功率分析（DPA）邊信道保護應用于AES算法。設備的所有密鑰信息都以這種方式封裝，包括生成的ECC私有/公共身份密鑰對，并存儲在一次性可編程（OTP）存儲器中。

　　在實現(xiàn)復雜的云安全方案（需大量多對非對稱密鑰）時，在幾乎沒有限制的內部或外部存儲器中安全地存儲密鑰信息的能力是一個主要優(yōu)勢。另一種方案是將密鑰以純文本的形式存儲，但是這種方法要求在物理上非常安全的內存，這樣的內存既復雜又昂貴。Dow提到：“在設計芯片時，你必須選擇一個最佳大小的安全內存。然而，無論你選擇什么尺寸，在產品的整個生命周期中，它幾乎肯定是不夠的?！?/p>

　　他說，其安全庫密鑰管理方案的另一個優(yōu)點是，通過使用AES加密，還可以要求用初始向量作為算法輸入?！斑@個初始向量就像一個額外的128位密碼，使用PUF-key執(zhí)行任何安全操作都需要這個密碼。有了這個密碼，無論人工還是在芯片上運行的應用程序都可以用它實現(xiàn)密鑰的雙重認證?！?/p>

　　“作為一個額外的保護層，我們在安全庫技術中加入了一個復雜的篡改保護方案，如果檢測到篡改，可以銷毀PUF重建數(shù)據(jù)”。一旦重建數(shù)據(jù)被銷毀，所存儲的關鍵信息就再也不能被訪問。這樣做可以有效地凍結設備，因為這種情況下任何加密算法都不會被執(zhí)行，甚至安全啟動也會被阻止。

　　SiliconLabs選擇了市場上公認的最可靠的PUF技術，并將其功能限制在只為一個KEK提供打包或解包關鍵信息的密鑰。這個密鑰可以通過雙重驗證密碼來進一步保護。Dow補充說，“此外，我們提供多個篡改保護源，可以摧毀PUF密鑰，使其無法解密任何受其保護的其它密鑰。即使黑客們投入大量時間和資源對設備進行重新設計并恢復KEK，他們也只能攻克一個設備。