[發明專利]一種soc國密安全芯片安全啟動時防御故障注入的方法

有效

• 申請號: 202010633752.7
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111814208B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 盛志凡;應屹航;王強;楊勍;饒豐;陳鵬;黎政;梁堅;葉妙兵;沈建春
• 申請（專利權）人: 國家廣播電視總局廣播電視科學研究院;杭州國芯科技股份有限公司
• 主分類號: G06F21/76
• 分類號: G06F21/76;G06F21/75;G06F9/445
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.一種soc國密安全芯片安全啟動時防御故障注入的方法，其特征在于包括：

芯片內置的硬件檢測模塊、存儲器權限控制模塊、特定的軟件啟動流程；

芯片設計時，將硬件檢測模塊內置在芯片中，硬件檢測模塊追蹤軟件執行的過程，當檢測到順序正確時，操作存儲器權限控制模塊，逐級釋放存儲器的讀寫或執行權限；當檢測到順序不正確時，不再通過存儲器權限控制模塊釋放存儲器的讀寫或執行權限，令軟件無法繼續執行；

存儲器權限控制模塊在芯片上電后，默認禁止CPU對存儲器讀寫及執行權限；所述的存儲器包括芯片內部的SRAM和外部的DRAM；存儲器權限控制模塊僅受硬件檢測模塊控制；

特定的軟件啟動流程是指在常規安全啟動流程的基礎上，每執行一個關鍵步驟或特定的系統操作，向內置的硬件檢測模塊寫入對應字符；

具體步驟是：

步驟(1).芯片上電，CPU執行ROM代碼，等待安全硬件國密算法模塊的自檢和隨機數自測；自檢自測通過，CPU向硬件檢測模塊寫入特定字符；

所述的安全硬件國密算法模塊是指對稱加解密算法SM4、非對稱驗簽算法SM2和雜湊算法SM3的硬件實現模塊；

步驟(2).硬件檢測模塊接收到自檢通過的字符，通過存儲器權限控制模塊，釋放CPU對內部SRAM的讀寫權限；

步驟(3).CPU從外部介質讀取引導程序到內部SRAM，執行SM4解密和SM2及SM3操作；驗簽通過后，向硬件檢測模塊寫入特定字符；

步驟(4).硬件檢測模塊接收到特定字符后，通過存儲器權限控制模塊，釋放CPU對內部SRAM的執行權限；

步驟(5).CPU從ROM跳轉到SRAM，在SRAM中執行引導程序，向硬件檢測模塊寫入特定字符；

步驟(6).硬件檢測模塊接收到特定字符后，通過存儲器權限控制模塊，釋放CPU對外部DRAM的讀寫權限；

步驟(7).CPU從外部介質讀取鏡像文件到外部DRAM，執行SM4解密和SM2及SM3操作；驗簽通過后，向硬件檢測模塊寫入特定字符；

步驟(8).硬件檢測模塊接收到特定字符后，通過存儲器權限控制模塊，釋放CPU對外部DRAM的執行權限；

步驟(9).CPU從內部SRAM跳轉至外部DRAM，啟動系統。

2.如權利要求1所述的一種soc國密安全芯片安全啟動時防御故障注入的方法，其特征在于：所述的芯片內置的硬件檢測模塊，是在芯片設計階段，軟硬件共同約定，對安全啟動的每一個關鍵步驟，用一個特定的字符標記，且在安全啟動時，軟件每執行一個關鍵步驟，向硬件檢測模塊寫入對應字符。

3.如權利要求1所述的一種soc國密安全芯片安全啟動時防御故障注入的方法，其特征在于：所述的硬件檢測模塊內嵌狀態機，根據預先設定值，依次檢查寫入的字符，判斷軟件是否被正確執行；在每個狀態下由特定的安全啟動軟件寫入對應的字符，才能正確跳轉；如果寫入字符錯誤，狀態機將進入錯誤狀態，陷入死循環，只有重新上電復位，才能恢復。

4.如權利要求1所述的一種soc國密安全芯片安全啟動時防御故障注入的方法，其特征在于：所述的關鍵步驟，包括SM4對稱解密算法、SM2非對稱驗簽算法、SM3雜湊算法、隨機數自測以及特定的系統操作。

5.如權利要求1所述的一種soc國密安全芯片安全啟動時防御故障注入的方法，其特征在于：步驟(3)和(7)中的解密驗簽操作，根據安全啟動流程的不同，執行一次或多次，并向硬件檢測模塊寫入不同的特定字符。