安全芯片 OPTIGA TRUST M 使用介绍与示例（基于STM32裸机）

news2024/10/27 19:51:48

文章目录

目的
资料索引
硬件电路
软件框架介绍
- 数据存储
- 框架移植
- 框架使用
使用示例
- 示例地址与硬件连接
- 通讯测试
- 功能测试
总结

目的

OPTIGA TRUST M 是英飞凌推出的安全芯片，芯片通提供了很多 slot ，用于存放各类安全证书、密钥、用户数据等，内置很多加解密算法，另外还内置一些计数器等。芯片通过I2C和主机通讯，这个通讯也是可以加密进行的，防止被监听。这篇文章将对该芯片相关的使用做个介绍。

资料索引

OPTIGA™ 嵌入式安全解决方案

我这里使用的是：OPTIGA TRUST M SLS32AIA
在这里插入图片描述

这个芯片虽然是I2C通讯的，但是通讯本身比较复杂，涉及到英飞凌自己的传输层以及加密通讯等，所以开发都是基于英飞凌提供的库（ OPTIGA™ Trust M Software Framework ）之上进行的：
https://github.com/Infineon/optiga-trust-m

上面项目 release-v5.0.0 以前是带文档的，之后的版本中移除了文档，现在文档可以在下面仓库找到：
https://github.com/Infineon/optiga-trust-m-overview

本文介绍示例编写时用的 release-v4.2.0 版本，新版本和旧版本可能在文件命名或分布上有所区别，但是基本的思路都是一样的。

硬件电路

硬件电路搭建可以参考《OPTIGA™ Trust M Datasheet》文档，唯一需要注意的是引出RST引脚给单片机控制，如果不手动来复位的话可能芯片无法正确工作：
在这里插入图片描述

可以用下面板子进行测试：
https://github.com/NaisuXu/OPTIGA_Trust_M_Module
在这里插入图片描述

软件框架介绍

英飞凌 OPTIGA™ Trust M Software Framework 使用上主要参考 《OPTIGA™ Trust M Solution reference manual》 文档。

数据存储

OPTIGA TRUST M 最主要的提供了两类功能，一个是存储密钥、证书、用户自定义数据、芯片特定数据、计数值等的槽位（Slot）。可用槽位视图如下：
在这里插入图片描述

每个槽位，有一个最大44字节的元数据（Metadata）来描述其作用、属性、操作权限等。比如你可以向密钥槽中存放密钥，然后通过元数据设定属性为密钥、设定其不能读写、设定其可以用作芯片内部加解密算法执行使用。

槽位相关的内容主要在参考手册的《OPTIGA™ Trust M data structures》章节。

框架移植

下图是框架的内容布局：
在这里插入图片描述
移植工作主要需要处理的是 PAL 层，框架中提供了模板和示例，根据需求移植就行。需要注意的是这个框架在主机端需要用到软件加解密功能，默认框架中已经包含了 mbedtls 。 pal_os_memory.c 这个文件提供内存申请释放等接口， 4.2.0 版本中该文件可以从上一级目录下各平台PAL示例中拷贝一份修改用。
在这里插入图片描述

PAL层需要处理的东西不多，下面介绍些基本的需要处理的地方，其他没有介绍到的部分可以根据自己的需求来处理：

pal_gpio.c
根据前面讲的需要控制RST引脚，这里就是对相关引脚的操作函数接口；
pal_i2c.c
这里是i2c读写相关接口，如果是同步方式处理i2c，那么只需要实现write和read函数功能即可，如果是异步方式操作，write和read只是实现了一般，结束后还需调用该文件中定义的几个callback函数；
pal_os_event.c
这是该库最核心的一个功能。这个库中有非常多的异步操作，通过这里来实现。库运行时需要执行异步操作时会调用这里的 pal_os_event_register_callback_oneshot 函数，你需要保存传入的回调函数、参数、时间信息，然后在过了前面的时间之后调用这里的 pal_os_event_trigger_registered_callback 函数。
pal_os_timer.c
需要提供系统微秒毫秒时间及毫秒延时接口，微秒无法提供了话至少每次返回一个自增的值；

框架使用

移植完成后框架基本使用本身挺简单，框架中也带了非常多的例程：
在这里插入图片描述

主要操作就是初始化一些句柄，然后向安全芯片打开应用，之后就是处理自己的业务功能，处理完成之后关闭应用，销毁句柄。

需要注意的是这个库使用时很多操作都是需要和芯片通讯，然后芯片处理完成之后再次通讯去取结果的，看例程的话可以看到很多 WAIT_AND_CHECK_STATUS(return_status, optiga_lib_status); 这种操作，这里有可能是非常耗时的，这在有操作系统的情况下挺好开发，没有操作系统的情况下就要使用合适的方式来处理了。在本文下面的示例中我使用了 protothreads(pt-1.4) 来实现不阻塞的异步功能。

使用示例

示例地址与硬件连接

https://github.com/NaisuXu/OPTIGA_Trust_M_Examples

在这里插入图片描述

通讯测试

《STM32_Check_I2C_STATE_Register_Without_Host_Library》这个示例用于测试I2C和芯片间通讯是否可用。 OPTIGA TRUST M 的地址固定位 0x30 （即可以通过 0x60 和 0x61 分别进行读和写）。访问安全芯片 0x82 命令，如果通讯正常可以获取到 0x08 0x80 0x00 0x00 内容。

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