来源：电子元件技术网
时间：2015-05-13
物联网技术从开始的概念性技术，如今已经在日常生活中被广泛应用，如电表预付费、智能门禁管理等。Maxim对加密产品的研究拥有超过20年的历史经验，本文主要介绍了Maxim Deep cover NFC产品的加密算法、安全器件认证和产品应用案例等。
SHA-256算法简介
SHA- 256安全散列算法发布于2002年FIPS PUB 180-2，主要特点是：1、防碰撞，即难以找出两个不同的输入数据源对应同一组MAC码；2、“雪崩效应”，即输入数据源即使发生一位变化，其算法结果 MAC会发生巨大变化。除此以外，SHA-256还满足加密算法基本要求：不可逆算法，即由已知的算法推断出结果无法使用的密码；算法公开标准便于广泛使 用和第三方算法进行安全评估；采用重聚算法攻击密码很困难；算法计算式需要适度的资源和时间，不占用系统过多的资源。
SHA-256算法的计算模型
图 1是SHA-256算法的计算模型，参与SHA-256运算的数据源包括512位的输入数据源、256位密码、64位的安全认证器件、全球的ROM ID、主机端产生的随机数以及SHA-256安全认证器件一方ROM中储存的常量填充。SHA-256算法的结果为256位的MAC(Message Authentication Code)码，MAC码是主机端和从机端进行认证时需要比对的结果。
图1 SHA-256算法的计算模型
如何使用Deep Cover 安全认证器件
图2显示的是主机认证SHA-256从机器件的身份合法性的流程，如图所示，步主机调出密钥，然后主机产生一个随机数，同时送给主机的SHA-256引 擎和从机的SHA-256引擎。从机的SHA-256引擎调用安全一方ROM的密钥以及常量填充进行SHA-256运算，得出一个256位的MAC值。随 后主机读取从机一方ROM的常量填充进行SHA-256运算，也得出一个256位的MAC值。后比对主机端和从机端运算得到的256位MAC码值是否一 致，如果一致表示从机合法，不一致则表示从机不合法。
图2 主机认证SHA-256从机器件的身份合法性
Maxim 的Deep cover安全认证器件除了主机端可以认证从机端身份，从机端也可以认证主机端身份，这样可以防止安全认证器件中的数据被非法修改，实现的方法是设置 Maxim的Deep cover器件为授权写保护模式。SHA-256器件认证主机身份，仅知晓器件密码并提供匹配的MAC码，才能改写EEPROM存储器数据。
图3 SHA-256 EEPROM安全存储器
SHA- 256运算的核心在于密钥，Maxim的Deep cover安全器件都支持两种密码方式。一种是公钥，就是系统定义相同的256bits器件密码，优点是计算简单，但是器件密码就是系统密码，一旦泄露， 整个系统的安全性就会崩溃。好的方法就是用户设置基于系统的公共密码和器件的ID，为每个器件加载256bits的密码。既使单个器件密码泄 露，整个系统依然是安全的。每个器件具有的ID，因而对应不同的密码。
在实际应用中，我们给系统定义一个主密码。密码由两个系统 生成，其中一个是系统主密码，另一个是器件的64位ROM ID号，可以由SHA-256算法或者用户自定义的密码算法算出密码。由于器件的64位ROM ID号参与了运算，因此加载到器件中的密码都不相同。在应用中，如果其中一个器件密码泄露，这个密码在其他器件上都无法操作。如何为Maxim Deep cover安全认证器件加载密码的流程图见图4。
图4 Maxim Deep cover安全认证器件加载密码的流程
图5 Maxim Deep cover 安全认证器件应用电路
Maxim NFC/RFID产品技术特点和应用
MAXIM加密产品的应用领域包括消费类电子中的智能手机、GPS导航、平板电脑等，电信及数据通信、医疗设备、工业控制设备和其他行业应用中的门禁控制、预付费家用表等。
NFC主要由读卡器和标签组成，架构如图5所示。Maxim NFC产品目前所涉及的范围包括读卡器MAX66300和标签产品，根据技术特点和通信距离的不同，标签产品分为有源、无源和半有源三类。Maxim的标签产品是无源标签，也就意味着标签在工作中不需要电源的支持，所有工作中需要的能量都是通过外部获取。NFC/RFID产品见表1。
表1 NFC/RFID产品列表
图6 NFC技术构成
MAX66240内部结构包括256位的安全认证模块、ISO15693的协议栈以及射频模拟前端，所有用户只需接上天线就可以正常使用。
图7 MAX66240的内部结构
MAX66242集合了无线NFC/RFID接口与I2C接口的高级标签，内置经过验证的SHA-256加密引擎提供基于密钥的对称质询-响应认证，用于数据下载。设计人员能够在主机主电源不工作的情况下，也能够从便携设备收集关键的系统数据。
图8 MAX66242内部结构图
图9 MAX66300内部结构图
Maxim NFC/RFID典型应用
Maxim NFC产品主要应用于打印机墨盒、track pad（PC机触控板）、扬声器等。如何将现场采集的数据发送至云端服务器，我们可以采用工业以太网、WiFi、蓝牙等技术。利用Maxim NFC产品为现场设备提供低廉、高效通讯链路，连于云端服务器。
图10 利用NFC实现链路通讯
传统的付费流程复杂又耗费时间，利用Maxim NFC产品设计的电表预付费管理系统方便省时。而且预付费管理还可以通过手机读取统计每月的费用，授权密码提高用户的信息安全。
图11 电表预付费管理系统
总结
MAXIM的加密IC在硬件和软件上实现了双保险。硬件上Deep cover技术保证了数据流的绝对安全；软件上SHA-256算法是公开的、高度安全地算法，而且目前还没有破解的方案。SHA-256安全认证模块，可以实现数据加密、身份识别等应用。
