【技术干货】Secure Key Store 安全密钥储存
密钥是系统安全的基础
一个安全系统的基础，在与其所拥有的密钥，用以提供系统身分的真实性与确保系统数据的机密性，其最基本需要具备的密钥，包括了:
Hardware Unique Key (HUK) 每个设备实体所拥有的专属密钥，具有唯一性与秘密性，用来生成不同应用所需的密钥与链接装置专属的加密数据
Root of Trust Public Key (ROTPK) 用以验证签章的公钥，在装置安全开机流程中，确保只有通过认证的软件能够在装置上执行
为了确保系统的安全，无论HUK或ROTPK，都必须不能被修改。
除此之外，因应各种应用，在系统中还可能存在各种不同功能的密钥，包括加、解密用的AES Key，验证签章用的RSA Key或ECC Key等等。
这些密钥架构在密码学的基础上，提供系统身分认证，数据保护，传输加密等等功能，是系统中，所有安全的基础，因此对密钥本身的储存与保护，更是整个系统中，最重要的一环，这里我们将储存密钥的地方，称之为Key Store。
Key Store 的特点
为了确保密钥的安全，Key Store密需要具备几个特点：
1. 所储存的秘钥，必须是一个不可分割整体
在Key Store中的每一把密钥，都必须被视为一个整体来建立、更改与删除，因为，若一把密钥有机会被以已知的值取代其部分内容，便很容易被使用分割与暴力破解的方法攻击 (divide and conquer brute-force attack)。
2. 根据密钥的种类，提供不同的储存类型，包括：
静态储存
静态储存的密钥，必须具有不可更改的特性，这通常会使用ROM或Fuse的特性来达成。然而，虽然静态储存的密钥无法被更改，却仍必须可以被撤销，撤销后的密钥，将不再能够存取或利用，以确保密钥使用上的安全。
短期储存
短期储存的密钥，有较短的寿命，这可以是只存在当次联机期间，也可以只存在当次的上电周期，或是只存续在装置当次的注册期间内，这些特性，通常可透过使用Flash或SRAM为储存媒体来达成。
3. 设定密钥属性，以限制密钥的使用范围
根据密钥的用途与对应的密码学算法，可限缩密钥的使用范围，包括限制只能用于AES加解密、只能用于ECC签章、只能用于验证等。这样的限制理由，主要基于下面几点：
(a) 限制CPU对密钥的读取，可避免因软件漏洞造成密钥的暴露。
(b) 限制密钥的使用范围，可以降低当密钥被破解时，损失波及的范围。
(c) 一把密钥使用于不同的算法，将增加被攻击的危险。
(d) 一把密钥使用于不同的用途，可能造成密钥存续期间长短的冲突，因而需要延长其存续时间，造成密钥存续时间超过实务上最佳的存续期限。
4. 防止物理攻击
Key Store内所储存的密钥，是整个系统安全的基础，不只要防范来自软件漏洞的暴露风险，也要防止来自物理性的攻击，包括利用物理特性的旁道攻击 (Side-Channel Attack)与打开封装，直接量测芯片储存内容的攻击。
Key Store 实例
以 Nuvoton M2354 为例，其中包含 Key Store 硬件单元，提供密钥储存的功能，能够储存由128 bits 到 4096 bits长度的密钥，以完整的key为单位，进行写key、删除与注销(Revoke)，并具备完整性检测，只要密钥有任意的位出错，那么这把密钥，就会失效，无法使用。
Key Store 提供OTP、Flash与SRAM三种储存媒体，可因应不同密钥存续时间的需求，其中OTP可用来储存不可更改的密钥，例如HUK、ROTPK，而Flash可用来储存云端联机认证用的密钥等，而SRAM则可用来储存云端联机时，所使用的随机加密密钥。
此外，Key Store在建立密钥时，可以指定相关属性，限制秘钥只能由CPU或特定的加密引擎使用，进一步限制密钥的使用，以加强密钥的安全性。
针对旁道攻击, Key Store支持Silent Access功能，可以降低储存操作时，因为物理特性造成的信息泄露。而针对打开芯片封装，利用物理量测储存内容的攻击，则提供Data Scrambling来防护。更近一步，也可以设定Key Store在系统攻击侦测(Tamper Detection)触发时，直接硬件连动，清除、注销所有Key Store中的密钥，确保密钥不被泄露。
总结
现代的安全系统，仰赖密码学的保护，而再好密码学算法，还是要依靠密钥的安全储存，才能真正达到效果，一旦密钥暴露出来，所有架构于该密钥的秘密将不再安全，因此具备一个足够安全的Key Store来存放密钥，对整个系统而言，是一件相当重要事。
编辑：zzy 最后修改时间：2023-03-06
