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1 Kinetis MCU 为未来的互联网保驾护航 freescale.com/security

2 Kinetis 微控制器 安全 可扩展 超低功耗 混合信号 MCU Kinetis 微控制器 (MCU) 包含多个系列的硬件和软件兼容的 ARM Cortex -M0+ 和 M4 MCU 产品, 并规划了令人兴奋的新路线图, 新的 Cortex-M7 内核已经列入计划 Kinetis MCU 系列包含近 1000 款 MCU, 是目前最广泛 基于 ARM 的 MCU 产品组合, 具有卓越的低功耗性能 可扩展性与功能集成, 提供多种通用或针对特定应用的功能 超级可扩展 有近 1000 款 Kinetis MCU 型号, 可以提供非常多样的选择和无与伦比的可扩展性能, 拥有多达 2 MB 的闪存和 256 KB 的 SRAM, 且软件和硬件兼容, 能够极大地保护您的工程投资 优化配置 片上集成的多种智能选项, 包括 HMI 安全 混合信号功能和连接选项, 例如带无晶体功能的 USB, 帮助客户降低总物料成本 性能和能效 体验带浮点单元的 180MHz 最佳性能, 享受多个低功耗模式和增强型节能外设实现的长电池寿命 全方位支持 使用飞思卡尔及其他 ARM 生态合作体系供应商提供的广泛的软件和工具套件加快应用开发 安全性 充分利用整个 Kinetis MCU 产品组合共享的安全架构, 提供一系列解决方案, 无论是简单的边缘节点, 还是先进的支付解决方案

3 安全和完整的解决方案 以下几页介绍了 Kinetis MCU 的各种安全模块 请注意 Kinetis MCU 包含许多资源, 可用于创建安全的嵌入式应用 广泛的器件组合提供多种存储器和性能, 还包含安全外设选项, 以满足不同的应用需求 从固件保护机制到用于先进的加密密钥管理的防入侵硬件,Kinetis MCU 安全架构是您下一个安全设计的关键要素 Kinetis MCU 安全架构的特点和优势特性优势特性详细信息支持产品 片上闪存的安全性和保护机制 防止固件被盗和应用克隆 能够阻止通过调试接口访问处理器 能够设置 64 位密钥, 重新获得调试访问 调试端口配置阻止外部的调试请求或闪存的重新编程能够通过软件控制禁用 JTAG 唯一 ID 只从内部存储器启动 通过软件将 MCU 唯一地识别为可信任器件 受控启动条件可避免使用外部存储器进行的攻击 128 位唯一 ID(Kinetis K 系列 MCU) 80 位唯一 ID(Kinetis L 系列 MCU) 64 位唯一 ID(Kinetis E 系列 MCU) NVM 控制位用于设置启动条件 AN4507: 使用 Kinetis 的安全特性和闪存保护功能 所有 Kinetis 器件 固件通过 AES128 位密钥进行加密 使用引导 ROM 进行加密固件升级 利用内置 ROM 例程保护固件更新, 降低软件开支和复杂性 完全支持内部闪存安全性, 包括通过预设密钥批量删除或解除 安全的功能 执行引导程序有多种方案, 或在系统启动时, 或在运行时通过 应用控制 配置 QuadSPI 接口的功能, 取决于外置 QuadSPI 内的 配置信息 在 Kinetis K80_150, K81_150, K82_150 MCU 中部署 片外存储器访问控制, 适用于 SDRAM 和 FlexBus 的并行存储器 受控的程序执行条件, 用于避免使用外部存储器进行的攻击 FlexBus 安全性选项, 决定是否能从外部存储器执行 所有带 FlexBus 外设的 Kinetis MCU 存储器保护单元 (MPU) 监控系统总线的操作 系统监控程序的执行, 确保程序是在预期的存储器范围内运行, 赋予运行软件有限的访问权限 MPU 使用预先配置的访问区域描述符监控总线操作的合法性, 访问区域描述符定义了存储空间和相应的访问权限 在 Kinetis K80_150, K81_150, K82_150, K70_120, K63_120, K64 _120, K60_120, K53_100, K24_120, K21_120, K21_ 50, K11_50 MCU 中部署 闪存访问控制 (FAC) 可配置存储器保护机制, 允许用户使用软件库, 同时为这些库提供可编程限制 保护软件 IP 借助非易失性控制寄存器设置对片上闪存资源的访问权限 可对 64 个不同的分段设置管理权限或仅执行访问权限 AN5211: 使用 Kinetis 闪存仅执行访问控制的功能 在 Kinetis K22_100, K26_180, K66_180, K65_180,K80_150, K81_150, K82_150 MCU 中部署 用于加速对称加密和哈希函数的硬件和软件机制 为加密功能降低 CPU 负载 提供对数据篡改侦测的手段 简化更高级安全功能及网络安全标准的实施 针对固件更新, 可将固件散列与加密密钥结合使用, 确保正在更新的固件是可信固件 采用硬件实现对称加密安全运算, 支持 DES 3DES AES MD5 SHA-1 和 SHA-256 算法 AN4307: 使用 Kinetis MCU 中的 mmcau 在 Kinetis K80_150, K81_150, K82_150, K70_120, K63_120, K64 _120, K60_120, K53_100, K24_120, K21_120, K21_ 50, K11_50 MCU 中部署 LTC: 面向 AES DES 和公钥加密的加密协处理器 分流 CPU 负载, 减少软件占用空间 加速 RSA2048 ECDSA 和 ECDH, 减少认证延迟 LTC 集成了多个加密硬件加速引擎, 这些引擎共享通用寄存器 该 LTC 版本支持 AES DES 3DES RSA 和 ECC Kinetis SDK 驱动程序 在 Kinetis K81_150,K82_150 MCU 中部署 从外部串行 NOR 闪存进行动态 AES 解密 保护片外固件的安全 硬件模块对 QuadSPI 提取的外部闪存数据进行 AES128 计数器模式解密, 支持软件在芯片内执行, 不会增加延迟 在 Kinetis K81_150,K82_150 MCU 中部署 入侵检测模块带 8 个入侵侦测引脚 减少防入侵机制所需的外部电路 在发生外部攻击事件时, 可通过异步删除操作保护密钥存储空间 检测引脚 温度 电压和时钟等间接攻击, 以及主动的攻击 可为签署 NDA 的客户提供应用说明 在 Kinetis K81_150, K70_120, K61_120, K63_120, K21_120, K21_ 50, K11_50 MCU 中部署 安全会话 RAM 带安全功能的暂时存储器 RAM 内存块用于存储敏感信息 ( 如加密会话密钥 ), 当检测到入侵事件时, 会自动删除这些敏感信息 在 Kinetis K81_150 MCU 中部署 freescale.com/kinetis 2

4 硬件加密 概述 硬件加密协处理器为开发人员提供了数据的传输和存储安全 它支持用硬件实现一组专门运算, 提高基于软件的加密 / 解密过程的吞吐量以及改善消息摘要功能 特性 支持加密及数据哈希运算所需的最常用函数, 包括 DES 3DES AES MD5 SHA-1 和 SHA-256 算法 能够在一次数据写入操作中发送 3 个命令, 提高软件算法之外的吞吐量 使用协处理器指令实现安全函数的最核心部分, 免费提供对应的软件库 MMCAU 框图 借助标准的处理器指令实施更高级的软件功能 完美支持各种网络安全标准 (SSL IPsec) 允许实施任何高级的功能或操作模式 (HMAC CBC 等 ) 飞思卡尔以应用笔记的方式提供免费的加密软件示例 : CAUAP: 加密加速单元 :CAU 和 mmcau 软件库 mmcau 内置模块 项目译码器子模块四级 FIFO CAU 描述提供片内专用 APB 接口与 CAU 模块之间的桥梁 将 APB 上的存储器映射命令和数据传输给 CAU, 或从 CAU 取出 包含命令和输入操作数, 以及从 PPB 捕捉的和发送给 CAU 的相关控制三个终端模块, 带命令和 ( 可选 ) 输入操作数及结果总线 3

5 Kinetis MCU 外部看门狗监视器 ( EWM ) 概述 看门狗用于监控 MCU 嵌入式软件的流程和执行情况 外部看门狗监视器旨在作为冗余看门狗系统, 监测外部电路以及 MCU 软件流程 这样就提供了内置看门狗的备份机制, 实现复位 MCU 的 CPU 和外设 特性 独立的 LPO 时钟源提供可靠的集成时钟源 根据 EWM LPO 时钟周期数指定的可编程超时时间, 为与广泛的外部选件配合提供灵活性 窗口式刷新选项 外部看门狗框图 在被触发后, 一个输出端口可以用于复位或将外部电路设置于安全模式 一个输入端口允许外部电路控制输出端口信号 在等待 停止和调试模式下工作 freescale.com/kinetis 4

6 存储器保护单元 概述 该存储器保护单元监控系统总线的传输, 并使用预先配置的访问区域描述符监控总线操作的合法性, 访问区域描述符定义了存储空间和相应的访问权限 仅允许具有足够访问权限的存储器操作请求, 拒绝对未映射到任何区域描述符的存储空间的操作, 并返回保护错误响应 特性 多达 16 个程序可见的,128 位区域描述符可提供最大的灵活性, 支持多层访问控制的软件管理 可设置读 写 执行属性 存储器保护单元框图 借助描述符有效位的硬件辅助维护, 可最大限度地减少一致性问题 如果内存操作区间与任何内存区域都不匹配或者在所有匹配的内存区域内操作都是非法的, 则会检测到存取保护错误 如发生存取错误, 则操作会被终止并返回错误响应, 存储器保护单元将禁止对目标从设备的总线操作 错误寄存器 ( 每个从端口 ) 捕捉上次发生错误的地址 属性和其他信息, 实现故障可追溯性 全局存储器保护单元启用 / 禁用控制位可实现轻松控制 5

7 Kinetis MCU 入侵检测 概述 入侵检测模块提供安全密钥存储, 带有针对不安全闪存 温度 时钟 电源电压变化的内部 / 外部入侵的检测功能, 以及物理攻击检测 DryIce 入侵检测模块 特性 独立的电源 POR( 上电复位 ) 和 32 KHz 振荡器 32 字节的安全存储 当检测到入侵时复位 入侵时间寄存器记录检测到的入侵时间 两个主动入侵移位寄存器, 每个寄存器都带有可配置的多项式 寄存器保护 多达 10 个内部入侵检测源, 包括时间计数器溢出 电压 温度和时钟超出范围 闪存安全禁用和进入测试模式, 以及可选的 DryIce 和安全模块 多达 8 个外部入侵检测引脚, 能够产生中断或入侵事件 可配置的极性和数字尖峰滤波器, 具有可选的预分频器 可针对静态或主动入侵输入进行配置 支持软件发起的入侵引脚设置 freescale.com/kinetis 6

8 随机数发生器 概述 Kinetis MCU 可配备两种随机数发生器 第一种是随机数发生器加速器, 它是能够生成 32 位随机数的数字集成电路 通过环形振荡器为移位寄存器提供时钟, 生成随机位 移位寄存器的配置确保良好的数据统计 振荡器的频率未知, 可提供创建随机数据所需的熵 强烈建议将该模块产生的随机数据作为种子输入到 NIST 批准的伪随机数生成器 Kinetis K8x MCU 系列可用的第二种随机数发生器是独立的真随机数发生器 ( 或 SA-TRNG) SA-TRNG 是硬件加速器模块, 可根据熵接收模块或其他后处理功能的需要生成 512 位的熵 独立的真随机数生成器 (SA-TRNG) TRNG 生成的熵被直接用于生成密钥的函数 基于消息密钥的函数 随机质询函数, 以及加密算法使用的其他相关量 TRNG 的基本原理是从随机噪声源收集比特 随机噪声源是一个环形振荡器, 它对使用 TRNG 的器件内的随机噪声 ( 温度变化 电压变化 串音和其他随机噪声 ) 非常敏感 TRNG 可用于为由硬件或软件实现 SP 所定义的 DRBG 算法提供种子 7

9 Kinetis MCU LP 可信加密 (LTC) 概述 LP 可信加密集成了多个加密硬件加速引擎, 这些引擎共享通用寄存器 该 LTC 版本支持 AES DES 3DES RSA 和 ECC 特性 支持 AES128 和 AES256, 还支持 : 保密 (ECB CBC CTR OFB CFB128) 认证保密 (CCM) 认证 (XCBC-MAC, CMAC) DES 功能和 3DES 功能, 以及 ECB CBC CFB 和 OFB 模式和密钥奇偶校验, 以上都符合 DES 规范 LP 可信加密 (LTC) 框图 公钥硬件加速器, 能够执行公钥加密中所用的多种不同运算, 包括模运算函数, 如加 减 乘 求幂 简约和模反, 以及点法 倍点和点乘等椭圆曲线函数 软件支持 Kinetis SDK 提供 LTC 驱动程序支持对称模式和非对称模式支持公钥密码 - RSA, ECDSA, ECDH freescale.com/kinetis 8

10 实时 AES 解密模块 (OTFAD) 特性 实时解密模块与 QuadSPI 的外部闪存控制器相结合, 支持与加密的外部串行 NOR 闪存对接 QuadSPI 以及内置的高速缓存存储器, 得到的综合存取速度, 允许直接从外部存储器执行应用代码, 无需将代码复制到另一个 ( 速度更快的 ) 存储器中 OTFAD 引擎采用运算块加密模式, 专门支持计数器模式 (CTR) OTFAD 引擎将解密后的数据传送回 QuadSPI 接收缓冲器, 提供给内部系统 为 4 个独立的解密部分提供硬件支持, 称为内存上下文 实时 AES 解密模块 (OTFAD) 框图 每个上下文都拥有唯一的 128 位密钥 64 位计数器和 64 位内存区域描述符 9

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12 资源 产品页 freescale.com/kinetis/kseries: Kinetis K8x MCU 系列 Kinetis K7x MCU 系列 Kinetis K6x MCU 系列 Kinetis K2x MCU 系列 Kinetis K1x MCU 系列 飞思卡尔 Freedom 开发平台 freescale.com/freedom 塔式系统模块化开发平台 freescale.com/tower Kinetis MCU 软件开发套件 freescale.com/ksdk 免费赠送的 USB 协议栈, 带个人医疗保健设备和 USB 音频等级 freescale.com/usb 传感器融合解决方案 飞思卡尔 Touch 软件 如需了解更多信息, 请访问 freescale.com/security Freescale Freescale 标识 CodeWarrior ColdFire ColdFire+ Kinetis PEG Processor Expert 和 Xtrinsic 是飞思卡尔半导体公司在美国专利商标局注册的商标 Tower 是飞思卡尔半导体公司的商标 所有其他产品和服务的名称之所有权均归其相应所有人 ARM Cortex 和 Keil 是 ARM Limited( 或子公司 ) 在欧盟和 / 或其他地区的注册商标 所有版权归其所有 Freescale Semiconductor, Inc./ 飞思卡尔半导体公司 2012 年 年版权所有 文档编号 :BRKINETISSECSOLS REV 2

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