CN114065218B - 一种SoC系统芯片安全启动方法 - Google Patents
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Abstract
一种SoC系统芯片安全启动方法，包括：读取im.bin及OTP中信息到SRAM中；根据OTP中已经撤销公钥编号，验证所述im.bin中所选公钥编号是否已经被撤销；计算im.bin中公钥表的杂凑值，并与OTP中公钥表杂凑值进行比对；计算im.bin中[对称算法类型，固件的杂凑值]范围的杂凑值，并与im.bin中上述数据的杂凑值进行对比；对im.bin中上述数据的杂凑值就行验签；对固件进行验证，通过OTP中的对称密钥对固件进行解密，然后计算固件的杂凑值，并与im.bin中固件的杂凑值进行对比。本发明具有高扩展性，OTP中存储的是公钥表的哈希值，而不是公钥表，解决了公钥固定且无法应对密钥泄露的问题。
Description
技术领域
本发明公开一种SoC系统芯片安全启动方法，属于芯片安全启动的技术领域。
背景技术
SoC称为系统级芯片，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。在Soc的工作过程中，启动安全是后续所有安全机制的保障，若Soc的安全启动存在漏洞，则会产生严重的安全问题。
现有支持安全启动的SoC，一般采用OTP直接存储公钥，存在公钥固定、无法防止密钥泄露风险等缺陷。
现有Soc的安全启动方案都是基于密码算法，包括对称算法、杂凑算法、公钥算法，上位机工具在烧写固件前会对固件做以下处理：1)使用杂凑算法生成固件的杂凑值；2)使用对称算法对固件进行加密；3)使用公钥算法对固件进行签名。并将固件杂凑值、解密密钥及公钥烧写到OTP中。
启动时，Soc会验证固件的合法性，包括：1)从OTP读取公钥，对固件的杂凑值进行验签；2)从OTP读取解密密钥，对固件进行解密；3)使用杂凑算法计算明文固件的杂凑值，并与OTP中杂凑值进行对比。
上述安全启动机制存在以下缺陷：
1)公钥长度较长，比如SM2算法公钥为512bits，RSA2048算法公钥为2048bit，但OTP存储空间普遍无法存储多个公钥；
2)若在OTP只存储了一个公钥，无法应对所对应私钥泄露的风险。
除此之外，中国专利文献：CN110765438A一种高性能密码卡及其工作方法，公开了在固件完整性校验、密码卡数据完整性校验时，都是通过将结果和存储的杂凑值做对比，比对一致则校验成功。但是，文献所解决的技术问题是：针对缺乏毁钥机制，提高密钥存储的安全性等特点进行解决，与本发明所述的安全启动的问题不同。
中国专利文献CN 111814208 A，解决安全启动的方案为：本方法通过内置的硬件检测模块追踪安全启动时，软件的执行顺序；在检测到软件执行顺序不正确时，通过存储器权限控制模块禁止软件对存储器的读写或执行权限，令软件无法继续执行，安全启动流程终止。并未提及本发明所述的方法。
中国专利文献：CN 112784280 A公开一种SoC芯片安全设计方法及硬件平台，文中安全管控是通过加密和数字签名的方式实现对引导程序、操作系统及应用程序的验证进行实现的：若验证成功，镜像可信任，将镜像加载并执行启动；若验证失败，镜像已被篡改，启动过程终止。利用加密和数字签名的方式实现对引导程序、操作系统及应用程序的验证，保证了各固件、软件的安全可信并对密钥进行安全存储，提升了安全性。但是依然与本发明存在实质性的技术区别。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明公开一种SoC系统芯片安全启动方法。本发明不再在OTP中直接存储公钥，而是存储多个公钥(公钥表)的杂凑值，将公钥表、此处所用公钥编号、已经撤销的公钥编号存储在其他大容量介质中，从而解决无法存储多个公钥及应对密钥泄露问题。
技术术语解释：
1、SoC：是System on Chip的简称，也即片上系统。
2、OTP：是One Time Programmable的简称，一次性可烧写存储器，该存储器只能烧写一次，即相关bit只能从1变为0，不能从0变为1。
3、bootrom(或Boot ROM)：是嵌入处理器芯片内的一小块掩模ROM或写保护闪存，它包含处理器在上电或复位时执行的第一条指令。
4、im.bin：在本文中，生成公钥算法密钥对、生成公钥表及公钥表的密钥对、生成描述文件的简称。
5、SRAM：是Static Random-Access Memory的简称，静态随机存取存储器是随机存取存储器的一种。
本发明详细的技术方案如下：
一种SoC系统芯片安全启动方法，其特征在于，包括：
1)读取im.bin及OTP中信息到SRAM中；所述读取整个im.bin，包括附图1中的所有信息；所述OTP中信息包括：已撤销公钥编号、公钥表杂凑值和固件解密密钥；
2)根据OTP中已经撤销公钥编号，验证所述im.bin中所选公钥编号是否已经被撤销：
若公钥已经撤销，则终止启动流程；
若公钥未撤销，则进入步骤3)；
3)计算im.bin中公钥表的杂凑值，并与OTP中公钥表杂凑值进行比对：
若一致，则说明im.bin中的公钥表是合法的，杂凑算法的选择依赖于im.bin中杂凑算法类型，直接进行步骤4)；
若不一致，则im.bin验证失败，终止启动流程；
4)计算im.bin中[对称算法类型，固件的杂凑值]范围的杂凑值，即计算范围从对称算法类型开始，到固件的杂凑值结束，这一块数据会作为一个整体，计算出一个杂凑值；并与im.bin中上述数据的杂凑值进行对比：
若一致，则进行步骤5)验签，杂凑算法的选择依赖于im.bin中杂凑算法类型；
若不一致，则终止启动流程；
5)对im.bin中上述数据的杂凑值就行验签，使用非对称密码算法进行验签，属于标准的密码算法应用：
若通过验签，则说明im.bin合法，进行步骤6)，验签算法及所用公钥的选择依赖于im.bin中公钥算法类型与所选的公钥编号；
若不通过验签，则终止启动流程；
6)对固件进行验证，通过OTP中的对称密钥对固件进行解密，然后计算固件的杂凑值，并与im.bin中固件的杂凑值进行对比：
若一致，则固件合法，Soc从bootrom跳转到固件执行，对称算法和杂凑算法的选择依赖于im.bin中的对称算法类型及杂凑算法类型；
若不一致，则终止启动流程。
上述启动方法应用于：上位机工具及Soc系统芯片的bootrom。
所述上位机工具用于：生成公钥算法密钥对、生成公钥表及公钥表的密钥对、生成描述文件。所述描述文件如图1所示，为了后续描述方便，将描述文件称为im.bin。
本发明的技术优势在于：
1、本发明具有高扩展性，OTP中存储的是公钥表的哈希值，而不是公钥表，解决了公钥固定且无法应对密钥泄露的问题。
2、本发明具有高自主性，可以根据场景的不同，自由选择使用国密算法套件/国际算法套件。
3、本发明高易用性，只要SoC系统芯片具备OTP及密码算法引擎，即可实现本发明所述方案。
附图说明
图1是im.bin的结构图；
图2是bootrom在引导固件时的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种SoC系统芯片安全启动方法，包括：
1)读取im.bin及OTP中信息到SRAM中；所述读取整个im.bin，包括附图1中的所有信息；所述OTP中信息包括：已撤销公钥编号、公钥表杂凑值和固件解密密钥；
2)根据OTP中已经撤销公钥编号，验证所述im.bin中所选公钥编号是否已经被撤销：
若公钥已经撤销，则终止启动流程；
若公钥未撤销，则进入步骤3)；
3)计算im.bin中公钥表的杂凑值，并与OTP中公钥表杂凑值进行比对：
若一致，则说明im.bin中的公钥表是合法的，杂凑算法的选择依赖于im.bin中杂凑算法类型，直接进行步骤4)；
若不一致，则im.bin验证失败，终止启动流程；
4)计算im.bin中[对称算法类型，固件的杂凑值]范围的杂凑值，即计算范围从对称算法类型开始，到固件的杂凑值结束，这一块数据会作为一个整体，计算出一个杂凑值；并与im.bin中上述数据的杂凑值进行对比：
若一致，则进行步骤5)验签，杂凑算法的选择依赖于im.bin中杂凑算法类型；
若不一致，则终止启动流程；
5)对im.bin中上述数据的杂凑值就行验签，使用非对称密码算法进行验签，属于标准的密码算法应用：
若通过验签，则说明im.bin合法，进行步骤6)，验签算法及所用公钥的选择依赖于im.bin中公钥算法类型与所选的公钥编号；
若不通过验签，则终止启动流程；
6)对固件进行验证，通过OTP中的对称密钥对固件进行解密，然后计算固件的杂凑值，并与im.bin中固件的杂凑值进行对比：
若一致，则固件合法，Soc从bootrom跳转到固件执行，对称算法和杂凑算法的选择依赖于im.bin中的对称算法类型及杂凑算法类型；
若不一致，则终止启动流程。
实施例2、
如实施例1所述启动方法应用于：上位机工具及Soc系统芯片的bootrom。
所述上位机工具用于：生成公钥算法密钥对、生成公钥表及公钥表的密钥对、生成描述文件。所述描述文件如图1所示，为了后续描述方便，将描述文件称为im.bin。
Claims (2)
1.一种SoC系统芯片安全启动方法，其特征在于，包括：
1)读取im.bin及OTP中信息到SRAM中；所述OTP中信息包括：已撤销公钥编号、公钥表杂凑值和固件解密密钥；
2)根据OTP中已经撤销公钥编号，验证所述im.bin中所选公钥编号是否已经被撤销：
若公钥已经撤销，则终止启动流程；
若公钥未撤销，则进入步骤3)；
3)计算im.bin中公钥表的杂凑值，并与OTP中公钥表杂凑值进行比对：
若一致，则说明im.bin中的公钥表是合法的，直接进行步骤4)；
若不一致，则im.bin验证失败，终止启动流程；
4)计算im.bin中[对称算法类型，固件的杂凑值]范围的杂凑值；并与im.bin中上述数据的杂凑值进行对比：
若一致，则进行步骤5)验签；
若不一致，则终止启动流程；
5)对im.bin中上述数据的杂凑值就行验签：
若通过验签，则说明im.bin合法，进行步骤6)；
若不通过验签，则终止启动流程；
6)对固件进行验证，通过OTP中的对称密钥对固件进行解密，然后计算固件的杂凑值，并与im.bin中固件的杂凑值进行对比：
若一致，则固件合法，Soc从bootrom跳转到固件执行；
若不一致，则终止启动流程。
2.如权利要求1所述启动方法应用方法，其特征在于，包括应用在上位机工具及Soc系统芯片的bootrom。
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