用于物聯(lián)網(wǎng)的安全藍(lán)牙低功耗模塊

Silicon Labs 已正式確定其尺寸僅為 6 × 6 mm 的新型 BGM220x 模塊。BGM220 是一種嵌入式解決方案，配備完全可升級(jí)的軟件堆棧，已在全球范圍內(nèi)獲得預(yù)認(rèn)證，并提供固件支持以加快上市時(shí)間。

該模塊支持藍(lán)牙低功耗 (BLE) 5.1、5.2 和 Mesh，結(jié)構(gòu)緊湊，功耗極低，可優(yōu)化電池壽命。新模塊允許設(shè)備制造商通過預(yù)先認(rèn)證的藍(lán)牙功能輕松地為其現(xiàn)有的具有內(nèi)置安全功能（包括信任根）的微控制器單元 (MCU) 添加安全性。

多年來，Silicon Labs 在廣泛的物聯(lián)網(wǎng)無線領(lǐng)域提供了各種模塊，包括 Mesh、Thread、Zigbee、Z-Wave 等。Silicon Labs 營銷和應(yīng)用副總裁 Matt Saunders 在接受 EE Times 采訪時(shí)表示，1 月份推出的 BG22 目前正在經(jīng)歷一個(gè)很好的市場(chǎng)，應(yīng)用范圍很廣。根據(jù) Bluetooth SIG 藍(lán)牙 2020 市場(chǎng)更新，低功耗藍(lán)牙仍然是增長最快的藍(lán)牙無線電，復(fù)合年增長率為 26%。

BGM220 提供兩種封裝——PCB (BGM220P) 或 SiP (BGM220S)——非常適合各種應(yīng)用，包括資產(chǎn)標(biāo)簽、信標(biāo)、便攜式醫(yī)療、健身和低功耗藍(lán)牙 Mesh 節(jié)點(diǎn)。BGM220P 是一個(gè)稍大的 PCB 變體，針對(duì)無線性能進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)為更大的范圍提供了更好的鏈路預(yù)算。

用于物聯(lián)網(wǎng)的 BLE

藍(lán)牙、ZigBee 和 Wi-Fi 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議并非采用超低功耗設(shè)計(jì)，因此，許多 OEM 選擇使用專注于能源效率的專有協(xié)議。專有協(xié)議的使用對(duì)可穿戴產(chǎn)品的靈活性施加了許多限制，限制了專有協(xié)議本身的互操作性。為了解決這些限制，藍(lán)牙特別興趣小組 (SIG) 引入了 BLE，專為實(shí)現(xiàn)短距離通信的最低功耗而設(shè)計(jì)。BLE 在 2.4 GHz ISM 頻帶中運(yùn)行，帶寬為 1 Mbps。

該協(xié)議經(jīng)過優(yōu)化，可以定期傳輸小塊數(shù)據(jù)，允許主機(jī)處理器在沒有信息傳輸時(shí)最大限度地延長低功耗模式下的時(shí)間間隔。該協(xié)議經(jīng)過優(yōu)化，可在數(shù)據(jù)交換期間提供幾秒鐘的連接。控制器執(zhí)行幾個(gè)關(guān)鍵任務(wù)，例如建立連接和忽略重復(fù)數(shù)據(jù)包，允許主機(jī)處理器保持低功耗模式。

超低功耗無線通信、小尺寸和低占空比傳感應(yīng)用的組合允許開發(fā)和安裝免維護(hù)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)。BLE 中包含的更改將電源電流從經(jīng)典藍(lán)牙毫安顯著降低到 BLE 中的幾微安。藍(lán)牙智能物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以使用小型紐扣電池運(yùn)行數(shù)月甚至數(shù)年，無需更換或充電。

“最重要的參數(shù)因應(yīng)用而異，但我認(rèn)為有一些常見領(lǐng)域與大多數(shù)應(yīng)用相關(guān)——例如，功耗或電池壽命，”桑德斯說。“隨著藍(lán)牙 Mesh 的推出及其在照明中的應(yīng)用，有更多的線路電源設(shè)備，但在藍(lán)牙中仍有大量電池供電的應(yīng)用，更長的使用壽命為用戶增加了真正的價(jià)值。因此，功耗的考慮不僅在于設(shè)備使用多少能量來管理計(jì)算和通信堆棧，還在于射頻設(shè)計(jì)是否在考慮低功耗操作的情況下進(jìn)行開發(fā)。更高效的射頻技術(shù)和設(shè)計(jì)將延長電池壽命。我認(rèn)為重要的另一個(gè)領(lǐng)域是解決方案的物理尺寸。很多藍(lán)牙應(yīng)用都非常緊湊；在芯片上進(jìn)行小型物理實(shí)現(xiàn)顯然有助于空間受限的設(shè)計(jì)，但同樣，與射頻參數(shù)相關(guān)，能夠構(gòu)建更緊湊的解決方案，例如使用 BGM220S 可以提供一些真正的優(yōu)勢(shì)開發(fā)商也是如此。然后我也想到了安全；這不僅在藍(lán)牙中，而且在許多其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中正成為一個(gè)非常重要的參數(shù)?！?/p>

在用于連接兩個(gè)設(shè)備的眾多通信標(biāo)準(zhǔn)中，藍(lán)牙因其使用簡單以及它提供了將幾乎所有東西與所有東西連接起來的可能性而獲得了它的重要性。越來越多的應(yīng)用程序使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器，其特點(diǎn)是提供間歇性通信的占空比降低：通過這種方式，可以確保使用可再生能源存儲(chǔ)的能量進(jìn)行操作過程。

商業(yè)和工業(yè)各個(gè)垂直部門的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用程序數(shù)量的持續(xù)增長增加了對(duì)新的和更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全措施的需求，以保護(hù)安全和隱私。物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全措施和法規(guī)的需求不斷增長，影響到企業(yè)和消費(fèi)者，旨在實(shí)現(xiàn)更高水平的惡意軟件和外部威脅防護(hù)。

最初由 Microsoft 開發(fā)的“Stride”分類模型列出了 IoT 設(shè)備或該設(shè)備的用戶可能面臨的潛在安全威脅：欺騙、篡改、否認(rèn)、信息泄露、拒絕服務(wù) (DoS) 攻擊和 EOP受感染系統(tǒng)中可能存在的惡意軟件。

藍(lán)牙模塊

片上系統(tǒng) (SoC) 是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商的理想之選，他們需要在開發(fā)其物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)具有最大的靈活性，并具有高度可定制的軟件和射頻設(shè)計(jì)選項(xiàng)。另一方面，SiP 模塊非常適合需要最小的預(yù)認(rèn)證藍(lán)牙低功耗外形且?guī)缀鯖]有或沒有 RF 設(shè)計(jì)的設(shè)備制造商，而 PCB 模塊提供了 SiP 模塊的許多優(yōu)點(diǎn)，但成本更低。

挑戰(zhàn)要求產(chǎn)品開發(fā)人員跟上物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中強(qiáng)大的安全標(biāo)準(zhǔn)。這些物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的安全性正在迅速成為世界各國的強(qiáng)制性要求。

為了保護(hù)企業(yè)品牌、最終用戶隱私和產(chǎn)品的商業(yè)可行性，物聯(lián)網(wǎng)安全是一個(gè)需要考慮的關(guān)鍵方面?？梢酝ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)上的遠(yuǎn)程攻擊和實(shí)際的物理攻擊來利用漏洞。

“使用 Silicon Labs 無線產(chǎn)品組合（包括 BGM220 模塊組合中的產(chǎn)品）的開發(fā)人員可以使用旨在保護(hù)其產(chǎn)品的多種技術(shù)，包括安全調(diào)試、具有信任根的安全啟動(dòng)和安全啟動(dòng)加載程序，”說桑德斯。

他補(bǔ)充說：“我們正在與客戶安全社區(qū)和第三方安全專家合作，為我們的產(chǎn)品提供尖端的安全解決方案，幫助保護(hù)當(dāng)今連接的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，同時(shí)還具有一定程度的可升級(jí)性，以幫助他們繼續(xù)保護(hù)明天，保持產(chǎn)品進(jìn)化。我們正在為我們的高性能藍(lán)牙產(chǎn)品注入一套我們稱之為 Secure Vault 的最先進(jìn)的安全功能?！?/p>

Silicon Labs 提供的安全功能是其 Secure Vault：一套用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的硬件和軟件安全保護(hù)，以保護(hù)其品牌、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和消費(fèi)者數(shù)據(jù)。

基于 EFR32BG22 SoC，BGM220P/S 支持低功耗藍(lán)牙連接，以實(shí)現(xiàn)面向未來的功能和 OTA 固件更新能力、增強(qiáng)的安全功能和低能耗。EFR32BG22 SoC 具有 32 位 Arm Cortex M33 內(nèi)核、2.4 GHz 高性能無線電、512 kB 閃存、豐富的 MCU 外設(shè)以及各種時(shí)鐘管理和串行接口選項(xiàng)。

BGM220P 模塊是完整的解決方案，具有全球監(jiān)管認(rèn)證、先進(jìn)的開發(fā)和調(diào)試工具以及支持，可最大限度地減少和簡化最終產(chǎn)品的工程和開發(fā)過程，幫助加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

BGM220 具有適用于 AES128/256、SHA-1、SHA-2（最多 256 位）、ECC（最多 256 位）、ECDSA 和 ECDH 的硬件加密加速。它是真正的隨機(jī)數(shù)生成器 (TRNG)，符合 NIST SP800-90 和 AIS-31 以及帶鎖定/解鎖功能的安全調(diào)試。

BGM220P 框圖。它在 PCB 模塊中結(jié)合了節(jié)能 MCU 和高度集成的無線電收發(fā)器。

BGM220S 框圖。它將節(jié)能 MCU 與高度集成的無線電收發(fā)器結(jié)合在 SiP 模塊中，并帶有堅(jiān)固的集成天線。

由于存在板載軟件堆棧，這些設(shè)備需要來自處理器的適度資源承諾，因此可以將無線連接添加到任何 MCU。

BGM220S 和 BGM220P 支持藍(lán)牙測(cè)向，同時(shí)通過單個(gè)紐扣電池提供長達(dá) 10 年的電池壽命。找到方向的能力還是比較新的?！癝ilicon Labs 直接與一些公司合作，為跟蹤和移動(dòng)室內(nèi)資產(chǎn)提供非常準(zhǔn)確的測(cè)向，”Saunders 說。

在以系統(tǒng)無線電發(fā)射或 Wi-Fi 配置為主的環(huán)境中，藍(lán)牙和無線的結(jié)合也會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的射頻性能方面產(chǎn)生問題。托管共存解決方案非常有用。

根據(jù)您在系統(tǒng)中的位置，您從共存中獲得的問題會(huì)有所不同。在終端節(jié)點(diǎn)中，管理不善的系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失，從而導(dǎo)致電池壽命縮短，因?yàn)闊o線電不斷嘗試重新發(fā)送它們。在網(wǎng)關(guān)中，它表現(xiàn)出來，因此最強(qiáng)大的無線電無線電將取消低功率無線電傳輸通道，需要一個(gè)托管的解決方案?！皳碛羞@種托管共存可以讓您從系統(tǒng)中的所有無線電中獲得最佳配置文件和性能，”Saunders 說。

連接性是任何物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本支柱。易于管理的解決方案提供了保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施所需的節(jié)能功能和安全資源。BLE 已發(fā)展成為連接的關(guān)鍵元素，這要?dú)w功于其配置靈活性和低功耗特性。BLE 正在取代專有協(xié)議，成為超低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯 黃昊宇