《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于SM2的SoC安全芯片雙向身份鑒別技術(shù)研究
電子技術(shù)應(yīng)用
劉海亮，丁鏡然，呂輝，李書勇
成都芯盛集成電路有限公司
摘要： 片上系統(tǒng) （System on Chip， SoC）芯片會針對產(chǎn)品固件進行SM2簽名和驗簽，以確定產(chǎn)品固件的合法性，但現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品固件未對芯片進行身份鑒別，由于無法確定芯片是否合法，產(chǎn)品固件和數(shù)據(jù)的安全性得不到保護?；赟M2算法，針對SoC安全芯片中產(chǎn)品固件導(dǎo)入過程，實現(xiàn)了基于國產(chǎn)密碼SM2算法的芯片鑒別固件、固件鑒別芯片的雙向身份鑒別技術(shù)。方案安全性高、可實現(xiàn)性強，對SoC安全芯片對引導(dǎo)程序、產(chǎn)品固件進行雙向身份鑒別有普遍現(xiàn)實借鑒意義。所設(shè)計的SM2模塊，具有芯片面積小、電路設(shè)計難度小、CPU操作簡單、適用于嵌入式SoC安全芯片等優(yōu)點。
中圖分類號：TP492 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256576
中文引用格式： 劉海亮，丁鏡然，呂輝，等. 基于SM2的SoC安全芯片雙向身份鑒別技術(shù)研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(10)：36-41.
英文引用格式： Liu Hailiang，Ding Jingran，Lv Hui，et al. Research on bidirectional identity authentication technology for SoC security chips based on SM2[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：36-41.
Research on bidirectional identity authentication technology for SoC security chips based on SM2
Liu Hailiang，Ding Jingran，Lv Hui，Li Shuyong
Chengdu Xinsheng Integrated Circuit Co.， Ltd.
Abstract： System on Chip (SoC) chips will perform SM2 signature and verification on product firmware to confirm the legitimacy of the product firmware. However, in the existing technologies, product firmware has not conducted identity authentication on the chips. Due to the inability to determine whether the chips are legitimate, the security of the product firmware and data cannot be protected. Based on the SM2 algorithm, this paper implements a bidirectional identity authentication technology for chip identification of product firmware and firmware identification of chips in the SoC security chip import process. The scheme is highly secure and highly implementable and has universal practical reference significance for the SoC security chip to conduct bidirectional identity authentication of boot programs and product firmware. The SM2 module designed in this paper for embedded SoC security chips has the advantages of small chip area, low circuit design difficulty, simple CPU operation, and suitability for embedded SoC security chips.
Key words : system on chip；security chips；SM2；bidirectional identity authentication

引言

SM2橢圓曲線公鑰算法是我國公鑰密鑰算法標準，由國家密碼管理局于2010年發(fā)布，是一種基于橢圓曲線密碼學（Elliptic Curve Cryptography, ECC）[1]的非對稱密碼算法，該算法主要包含三部分：數(shù)字簽名算法、密鑰交換協(xié)議、公鑰加密算法[2]。

近年來，關(guān)于SM2的技術(shù)研究主要圍繞三個方面：SM2算法實現(xiàn)與優(yōu)化、攻擊與防護、基于SM2的算法應(yīng)用研究。

在SM2算法實現(xiàn)與優(yōu)化方面，針對SM2軟件算法實現(xiàn)性能差、硬件實現(xiàn)資源利用率低、可擴展性差的問題，李斌等人[3]提出一種可重構(gòu)的素域SM2算法優(yōu)化方法。針對低功耗嵌入式平臺特點，劉贛秦等人[4]通過對大整數(shù)的模加、模減運算優(yōu)化并對蒙哥馬利模乘算法優(yōu)化，可有效提升資源受限的低功耗嵌入式平臺中SM2的計算效率。圍繞模乘運算加速設(shè)計，于子欽等人[5]提出兩種優(yōu)化方法以加速SM2素域上的快速模乘運算。張盛仕等人[6]通過對密碼系統(tǒng)進行軟硬件劃分，設(shè)計出適用于SM2的軟硬件協(xié)同F(xiàn)PGA架構(gòu)，在6個周期內(nèi)完成模乘運算。李建立等人[7]通過設(shè)計基于國密SM2、SM3、SM4的高速混合加密系統(tǒng)，將SM2的加密時間縮小了26.67%。

在攻擊方面，史汝輝等人[8]通過攔截并修改密文數(shù)據(jù)，在解密過程中獲取密碼設(shè)備的功耗或電磁信息并建立信息泄露模型進行相關(guān)性分析，實現(xiàn)了針對SM2解密過程的側(cè)信道有效攻擊。白野等人[9]針對SM2數(shù)字簽名算法設(shè)計一組判斷函數(shù)，基于帶判斷的格基約減算法，提出一種針對SM2數(shù)字簽名算法的側(cè)信道攻擊方案。王立輝等人[10]提出一種基于條件減法的新型簡單功耗分析方法，可以對常用的防護進行密鑰破解。李昊遠等人[11]通過故障注入改變標量乘循環(huán)的輪數(shù)，由側(cè)信道分析確定故障輪數(shù)的取值，實現(xiàn)了減輪故障與側(cè)信道相結(jié)合的選擇密文組合攻擊。黃欣沂等人[12]基于滲漏分析，針對SM2數(shù)字簽名算法，根據(jù)兩個連續(xù)的數(shù)字簽名成功還原完整簽名私鑰，針對公鑰加密算法，根據(jù)當前密文成功預(yù)測出下一次加密的會話密鑰。而在防護方面，王騰飛等人[13]針對基于多精度整數(shù)和有理算術(shù)C語言庫的SM2實現(xiàn)，利用緩存計時方法進行了攻擊分析，提出監(jiān)測地址的選取策略，并根據(jù)泄漏點提出改進的固定時長防護方案。陳榮茂等人[14]通過改進SM2加密算法，構(gòu)造了具有可重放CCA（Chosen-Ciphe- rtext Attack）安全性的公鑰加密方案。嚴都力等人[15]通過對原始SM2簽名算法進行改進，構(gòu)造出具備抗替換攻擊性的SM2簽名方案。

在基于SM2的算法應(yīng)用研究方面，在電力廣域測量系統(tǒng)，吳寧等人[16]提出一種基于SM2的電力廣域測量系統(tǒng)安全認證方案。陳鋒等人提出了基于SM2密碼體系的電力信息安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。陳泌文等人[17]將SM2公鑰加密算法和廣播加密概念相結(jié)合，設(shè)計了基于SM2的公鑰廣播加密方案。李敏等人[18]為解決汽車信息安全問題，提出了基于SM2非對稱加密算法的智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全認證方法。

現(xiàn)有技術(shù)中，片上系統(tǒng) (System on Chip, SoC)芯片會針對產(chǎn)品固件進行SM2簽名和驗簽[19-20]，以確定產(chǎn)品固件的合法性，但產(chǎn)品固件未對芯片進行身份鑒別，由于無法確定芯片是否合法，產(chǎn)品固件和數(shù)據(jù)的安全性得不到保護。本文基于SM2算法，針對SoC安全芯片中產(chǎn)品固件導(dǎo)入過程，實現(xiàn)了基于國產(chǎn)密碼算法的芯片鑒別固件、固件鑒別芯片的雙向身份鑒別技術(shù)[21]。


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作者信息：

劉海亮，丁鏡然，呂輝，李書勇

（成都芯盛集成電路有限公司，四川 成都 610213）


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