如何使用Microsoft Azure RTOS和ATECC608 TrustFLEX安全元件

您是否使用 Microsoft Azure RTOS、ATECC608 或 TA100 安全元件，并希望為物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備實(shí)施安全啟動(dòng)和 TLS 相互身份驗(yàn)證？如果是這樣，那么您來(lái)對(duì)地方了。

從嵌入式設(shè)備到 Azure 云安全性的 IoT 信任鏈由多個(gè)層組成。在這篇博文中，我們將重點(diǎn)介紹建立最基本的概念，即信任根，它由安全啟動(dòng)功能和使用 Microsoft Azure 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （RTOS） 和 ATECC608 TrustFLEX 安全身份驗(yàn)證集成電路 （IC） 的 TLS 相互身份驗(yàn)證組成。

首先，當(dāng)您的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)微控制器（MCU）時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)某種程度的安全啟動(dòng)？這就是像 ATECC608 或 TA100 這樣的安全元件可以派上用場(chǎng)的地方。當(dāng)然，在這種情況下沒(méi)有bootROM，但是在沒(méi)有安全啟動(dòng)和安全啟動(dòng)之間，安全元素內(nèi)有一個(gè)隔離的公鑰進(jìn)行驗(yàn)證，威脅模型和業(yè)務(wù)條件可能會(huì)有利于基于安全元素的設(shè)計(jì)。在本例中，我們將使用傳統(tǒng)的 SAME54 Arm Cortex-M4?? MCU 和 ATECC608 TrustFLEX 安全元件附加板，用于代表物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)的硬件?，F(xiàn)在，如果您的終端節(jié)點(diǎn)需要多線程，并且需要 Azure RTOS 才能從所有與 Azure 相關(guān)的嵌入式 API 中受益，那么 MCU 和安全元件之間的通信在此 RTOS 環(huán)境中如何工作？我們需要看看PKCS#11。

什么是PKCS#11以及它如何適應(yīng)Azure RTOS

PKCS#11 代表公鑰加密標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) 11。它是一個(gè)接口，用于觸發(fā)將利用機(jī)密（密鑰）的加密操作。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是操作系統(tǒng)和硬件安全模塊（HSM）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。在我們的例子中，HSM是ATECC608，你猜對(duì)了，操作系統(tǒng)是Azure RTOS。

Microsoft Azure 已方便地將 PKCS#11 接口集成到其 Azure RTOS 中。

加密命令將通過(guò) Azure RTOS 到 PKCS#11，但需要一個(gè)中間庫(kù)：Microchip CryptoAuthLib。該庫(kù)使安全元件與MCU或處理器無(wú)關(guān)。CryptoAuthLib 已經(jīng)支持來(lái)自 PKCS#11 接口的調(diào)用，并將其轉(zhuǎn)換為對(duì) ATECC608 TrustFLEX 或 TA100 安全元件的低級(jí)命令，如下圖所示。

安全啟動(dòng)和 Azure 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)需要使用與簽署代碼的私鑰關(guān)聯(lián)的公鑰執(zhí)行橢圓曲線數(shù)字簽名算法 （ECDSA） 驗(yàn)證。ATECC608 TrustFLEX TLS 配置中的公鑰如下所示。下載信任平臺(tái)設(shè)計(jì)套件 （TPDS） 時(shí)，無(wú)需 NDA 即可訪問(wèn)它。

需要了解的是，Microsoft Azure提供“設(shè)備更新”服務(wù)，您可以在其中使用預(yù)先生成的公鑰/私鑰對(duì)，其中私鑰在HSM中受到理想保護(hù)，設(shè)備更新執(zhí)行代碼的簽名操作并創(chuàng)建簽名作為輸出。與簽名關(guān)聯(lián)的公鑰將使用Microchip安全密鑰配置服務(wù)預(yù)配（安全編程）到Microchip ATECC608 TrustFLEX插槽15中。TPDS 將引導(dǎo)您完成入職流程。簽署代碼的私鑰不應(yīng)離開公司 HSM，也不應(yīng)提供給任何合同制造商 （CM）。請(qǐng)記住，安全是一種共擔(dān)責(zé)任模型。現(xiàn)在我們有一個(gè)簽名代碼，CM將在制造過(guò)程中從每個(gè)MCU中的設(shè)備更新加載該代碼。我們將使用配備 HSM 的工廠在其安全元件（ATECC608 TrustFLEX 或 TA100）中配置公鑰。CM 還將組裝已配置的安全元素，并且密鑰不會(huì)暴露給供應(yīng)鏈?，F(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備公司可以靈活選擇CM。

相互身份驗(yàn)證

處理安全啟動(dòng)后，嵌入式設(shè)備和 Azure IoT 中心之間將進(jìn)行相互身份驗(yàn)證。在將數(shù)據(jù)推送到 Azure IoT 中心之前，嵌入式設(shè)備需要信任云，反之亦然。IoT 設(shè)備將與設(shè)備預(yù)配服務(wù) （DPS） 相互進(jìn)行身份驗(yàn)證。Microchip 提供的清單文件（其中包含與 TLS 相互身份驗(yàn)證請(qǐng)求的私鑰關(guān)聯(lián)的證書）上傳到 DPS 中。DPS 現(xiàn)在擁有公鑰列表，可以驗(yàn)證在嵌入式系統(tǒng)的安全元件內(nèi)頒發(fā)的簽名，以最終確定信任鏈。信任鏈由安全啟動(dòng)和相互身份驗(yàn)證組成，其中安全啟動(dòng)的公鑰和 TLS 相互身份驗(yàn)證的私鑰受到保護(hù)，并與代碼、人員和制造商隔離，一直到嵌入式設(shè)備的開發(fā)和部署。然后，DPS 通過(guò) Azure RTOS 支持和提供的 NetX TLS 基于受信任的 IoT 設(shè)備自信地與 Azure IoT Hub 通信。

TLS 相互身份驗(yàn)證依賴于公鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) （PKI），該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以是靜態(tài)的，也可以是托管的。對(duì)于靜態(tài)PKI，Azure可容納任何根證書公司，如Digicert，GlobalSign等。對(duì)于托管PKI，Microchip安全合作伙伴公司（如Crypto Quantique，KeyFACTOR和Kudelski）提供設(shè)備管理服務(wù)。他們的 API 可以直接插入 Azure 云環(huán)境，以吊銷、輪換和審核證書。

當(dāng)涉及到用于TLS安全元素的TrustFLEX時(shí)，它們可以做比前面提到的兩個(gè)用例更多的功能，并解決各種用例，例如：

用于設(shè)備管理和所有權(quán)轉(zhuǎn)讓的私鑰輪換

用戶訪問(wèn)權(quán)限和受控固件版本更新的公鑰輪換

固件 IP 保護(hù)

附件和一次性認(rèn)證

總而言之，可以使用 PKCS#11 實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)整個(gè)項(xiàng)目（包括 Azure RTOS），以使用預(yù)配置的 ATECC608 TrustFLEX 和 Microchip 安全預(yù)配服務(wù)實(shí)現(xiàn)安全啟動(dòng)和相互身份驗(yàn)證。

審核編輯：郭婷