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3.4.6.1: 杰发HSM安全功能

1：特别提示​

警告

PowerWriter 对AC784x 或者 AC780x 安全芯片的HSM 功能的支持，只支持 脱机功能，无法使用PowerWriter 客户端软件连接编程器和芯片，实时进行操作，在使用PowerWriter HSM 插件配置之前，需要熟练 Auto chips 官方的开发验证软件 ATC link tools 的使用流程，以及参数配置方法，Power Writer 在对HSM 功能的脱机功能支持，对官方的软件流程和逻辑关系重新进行了整理，界面更简洁。

提示

Power Writer HSM 插件配置属性名称，基本和官方工具 ATC link tools 保持一致，本文档不再逐一列举每一个参数的对应关系。

2：功能入口​

当选择 Auto Chips AC784x 的芯片后，将会在工具栏看到 image-20251210142736413按钮，此功能界面即为 Auto chips AC784x 芯片的HSM 脱机编程插件配置入口， 如下图所示：

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3：AC7843x HSM 功能配置​

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3.1：根密钥​

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在进行HSM 的配置之前，根密钥一般需要最先进行配置，PowerWriter 默认开启配置根密钥的功能，请核对或根据实际应用场景进行调整。

3.2：HSM 算法配置​

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  • OTP Key 解密算法：设置HSM 密钥（证书）数据的加解密算法，可选择以下其一：
    • AES128：设置为AES128-CBC 加解密算法。
    • SM4：设置为SM4 加解密算法。
  • HSM 固件安全启动算法：设置HSM 固件安全启动的校验算法，可设置为以下其一：
    • RSA2048 （非对称）: 界面输入公钥（E（64） + N（256）= 320 字节）。
    • SM2（非对称）: 界面输入公钥（64 字节, 第一个字节表示压缩格式，当密钥包含65 字节时，请去除第一个字节再填写）。
    • AES128_CMAC（对称）: 界面输入原密码，长度为16 字节。
    • SM4_CMAC（对称）: 界面输入原密码，长度为16 字节。
  • HSM FW verify key：设置HSM 固件启动时的校验校验算法，数据长度见 HSM 固件安全启动算法配置。
  • HSM 固件安装和升级算法：设置HSM 固件安装或者升级的校验算法，算法类型和格式和 HSM 固件安全启动算法设置方法一致，此处不在重复说明。
  • HSM FW upgrade encrypt key：设置HSM 固件安装或者升级的数据加解密算法，长度为16 字节，并符合以下规则：
    • 签名 RSA 算法对应的加密算法是 AES128-CBC。
    • 签名 SM2 算法对应的加密算法是 SM4-CBC。
    • 签名 AES128-CMAC 算法对应的加密算法是 AES128-CBC。
    • 签名 SM4-CMAC 算法对应的加密算法是 SM4-CBC。
  • HSM 固件：添加安装或者升级时所需要的 HSM 安全固件。
    • X: 当点击 x 按钮时，可清除导入的HSM 固件。

3.3：安全调试​

HSM 支持调试访问权限设置，可配置芯片的调试访问认证功能，安全调试配置，支持配置和鉴权，配置界面如下所示：

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  • 使能安全调试配置(或鉴权)：开启配置或者鉴权开关。

  • Soc Debug Key： 设置安全调试使用的算法类型，支持以下类型的算法：

    • ECC256：配置为ECC 验签算法。
    • SM2: 设置为SM2 验签算法。

  • 公钥：设置配置安全调试所需要的公钥，长度为64 字节。

    提示

    公钥在配置过程和鉴权过程中都会使用，如公钥保留为空，即使界面配置为开启，都将禁用当前模块的功能。

  • 私钥：设置鉴权安全调试所需要的私钥，长度为32字节。

    警告

    当需要重新编程开启了安全调试功能的芯片时，必须提供私钥，否则无法进行鉴权，导致无法访问芯片而导致编程失败，当芯片未开启安全调试时，则可将此设置保留为空，表示无需进行鉴权。

3.4：安全启动​

Soc 安全启动表示Soc 固件的安全启动验证功能，用于检查固件是否被修改，此固件并非HSM 固件，而是指用户固件，配置界面如下所示：

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  • 使能安全启动：开启soc 固件安全启动配置功能。

  • 安全启动算法：配置方法同HSM 校验算法，见HSM FW verify key。

  • Soc FW Verify Key：配置方法同 HSM 校验算法，见 HSM FW verify key。

    提示

    SOC 安全启动和 HSM 安全启动配置方法虽然相同，但是两者并无直接关联，可以独立进行设置。

3.4：安全启动参数​

开启 SOC 固件安全启动功能后，需要检查并设置 SOC 固件的安全启动参数，当参数没有提供，或者参数设置错误时，编程器对目标芯片进行配置后，将导致芯片无法进行正常引导，安全启动参数配置的界面如下所示：

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  • Image 校验地址：设置Soc安全启动的校验地址信息，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 校验大小：设置Soc安全启动的校验大小，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 签名地址：设置Soc安全启动的签名数据地址，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 签名内容：设置Soc安全启动的签名数据内容，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 签名公钥地址：设置Soc安全启动的签名所使用的公钥存储地址，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 签名公钥内容：设置Soc安全启动的签名所使用的公钥内容，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 校验头地址：设置Soc安全启动的校验头存储地址，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 校验头大小：设置Soc安全启动的校验头大小，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Image 校验版本地址：设置Soc安全启动的校验版本存储地址，请参考ATC Link tool 的参数设置。
  • Bootinfo 地址：设置Soc安全启动的Boot info 信息地址，请参考ATC Link tool 的参数设置。
警告

当开启了Soc 安全启动后，请务必核查安全启动参数设置，错误的参数配置，将导致目标芯片无法进行引导。

3.5：其他​

再进行HSM 的配置过程中，可以设置相关证书的密钥等级，再完成所有的产品配置之后，也可以设置产品的生命周期，进行生命周期管理，如下所示：

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  • 密钥升级：设置HSM 配置时的密钥等级，默认为 Level 1。
  • 设置生命周期：设置产品的生命周期，当开启此设置时，PowerWriter 在完成所有的HSM 配置之后，将切换产品的生命周期。

3.5.1：清除或添加用户密钥​

PowerWriter 支持HSM 功能，用户Key 的清除和导入操作，以便在SOC 侧可以利用HSM 的硬件加密引擎进行数据的加密、解密、生成MAC、验证MAC、生成签名，验证签名等操作，关于HSM 用户KEY 的开发文档请参考官方的资料和DEMO，本文不做具体的描述，用户KEY 的清除和添加操作界面如下所示：

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3.5.1.1：清除密钥​

使用清除密钥功能，可以批量清除现有的密钥信息，支持清除所有的密钥，或者特定的密钥，等同于官方SDK 中的API：

Hal_StatusType HSM_Hal_RemoveKey(HSM_KeyId KeyId);
3.5.1.2：添加密钥​

HSM key usages 配置结构：

/* usage flag for EVITA key */
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_SIGN                     0x1U        
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_VERIFY                   0x2U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_ENCRYPT                  0x4U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_DECRYPT                  0x8U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_TIMESTAMP                0x10U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_SECUREBOOT               0x20U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_SECURESTORAGE            0x40U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_KEYCREATION              0x80U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_UTCSYNC                  0x100U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_TRANSPORT                0x200U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_REMOVE                   0x400U
#define EVITA_KEY_USE_FLAG_DHKE                     0x80U

typedef struct
{
    /* Attributes of use flags, only the least significant 10 bits are valid */
    ehsm_uint16_t use_flags;
    /* Attributes of trnsp flags, only the least significant 2 bits are valid */
    ehsm_uint8_t trnsp_flags;
    /* Attributes of auth flags */
    ehsm_uint32_t auth_flag;
    /* size of auth value */
    ehsm_uint8_t auth_size;
    /*if value is 0 means element has auth_value data else indicates auth_value data exist in other element,
    NOTE now this flag only use on OTP key*/
    ehsm_uint16_t auth_value_exist_flags;
    /* Auth data, only valid when auth_flags isn't 0 */
    ehsm_uint8_t auth_value[EHSM_EVITA_AUTH_VALUE_MAX_SIZE];
} ehsm_key_flags_element_st;

typedef struct
{
    ehsm_key_flags_element_st sign;
    ehsm_key_flags_element_st verify;
    ehsm_key_flags_element_st encrypt;
    ehsm_key_flags_element_st decrypt;
    ehsm_key_flags_element_st timestamp;
    ehsm_key_flags_element_st secureboot;
    ehsm_key_flags_element_st securestorage;
    ehsm_key_flags_element_st dhkey;
    ehsm_key_flags_element_st utcsync;
    ehsm_key_flags_element_st transport;
    ehsm_key_flags_element_st remove;
} ehsm_key_usages_st;

ehsm_key_flags_element_st::use_flags 对应关系如下所示：

  • SIGN: EVITA_KEY_USE_FLAG_SIGN
  • VERIFY:EVITA_KEY_USE_FLAG_VERIFY
  • ENCRYPT:EVITA_KEY_USE_FLAG_ENCRYPT
  • DECRYPT:EVITA_KEY_USE_FLAG_DECRYPT
  • TIMESTRAMP:EVITA_KEY_USE_FLAG_TIMESTAMP
  • SECUREBOOT:EVITA_KEY_USE_FLAG_SECUREBOOT
  • SECURESTORAGE:EVITA_KEY_USE_FLAG_SECURESTORAGE
  • KEYCREATION:EVITA_KEY_USE_FLAG_KEYCREATION
  • UTCSYNC:EVITA_KEY_USE_FLAG_UTCSYNC
  • TRANCSPORT:EVITA_KEY_USE_FLAG_TRANSPORT
  • REMOVE:EVITA_KEY_USE_FLAG_REMOVE
提示
  • ehsm_key_flags_element_st::trnsp_flags 默认为0。
  • ehsm_key_flags_element_st::auth_flag 固定为 EVITA_AUTH_TYPE_PASSWD。
  • ehsm_key_flags_element_st::auth_size 和 ehsm_key_flags_element_st::auth_value 等同于 Key useage info 中的认证码，一般为16字节，最大为32字节。
  • ehsm_key_flags_element_st::auth_value_exist_flags 默认为0.

HSM Plain Key 配置结构: 

typedef struct
{
    HSM_GenKeyAlgo KeyAlgo; /**< Key generate algorithm */
    uint16 RandomKeySize; /**< Key size only when KeyAlgo = RANDOM be used */
    uint8 *PrivKey; /**< Pointer to the buffer, the private key store in buffer */
    uint32 PrivKeyLen; /**< Private key length */
    uint8 *PubKey; /**< Pointer to the buffer, the public key store in buffer */
    uint32 PubKeyLen; /**< Public key length */
    void *KeyUsages; /**< Key usages for attribute, e.g. enc/dec */
    uint8 KeyUsagesCnt; /**< Key usages size */
    uint8 *AuthValue; /**< Key authentication value */
    uint32 AuthValueSize; /**< Key authentication value size */
    uint32 ValidUtil; /**< Key valid time */
    uint16 ExtParam; /**< E param size only RSA key, default set 0 */
    HSM_KeyId KeyId; /**< Key ID according to key algorithm type */
} HSM_PlainKeyCfgType;

  • 密钥 ID：密钥ID ，对应 HSM_PlainKeyCfgType::KeyId。
  • 算法类型：加密算法类型，对应 HSM_PlainKeyCfgType::KeyAlgo。
  • 有效期：密钥的有效期，对应 HSM_PlainKeyCfgType::ValidUtil。
  • 随机key 长度：当选择算法类型为 HSM_ALG_RANDOM 时，可设置随机KEY 的长度，用户 MAC 的生成和验证，对应 HSM_PlainKeyCfgType::RandomKeySize。
  • 随机key 长度：当选择算法类型为 RSA 算法时，可设置RSA 公钥 e 参数的长度，对应 HSM_PlainKeyCfgType::ExtParam。
  • 认证码：对应 HSM_PlainKeyCfgType::AuthValue 以及 AuthValueSize，其中 AuthValueSize 为自动计算。
  • 公钥：非对称算法时所需的公钥信息，对应 HSM_PlainKeyCfgType::PubKey以及 PubKeyLen，其中 PubKeyLen为自动计算。
  • 私钥：非对称算法时所需的私钥信息，对应 HSM_PlainKeyCfgType::PrivKey以及 PrivKeyLen，其中 PrivKeyLen为自动计算。
警告

PowerWriter 在做参数检查时，不会强制进行参数的修正，在提供证书信息时，请按HSM SDK API 格式进行提供，避免产生未知问题。

4：7805x HSM 功能配置​

当选择 AC7805X 芯片之后，可以在工具栏看到扩展菜单，点击 扩展 按钮，进入扩展功能界面，扩展功能界面提供了AC7805x 芯片所有的HSM 安全功能选项，如下所示：

image-20251225092750254

4.1：设置新OTP key​

OTP key 存储了HSM 模块所需的的系统密钥，当前这些密钥为OTP 只能写入一次，密钥类型以及功能说明，如下所示：

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  • Chip root key： 用户自定义，用于加密、解密、计算MAC。
  • BL verify key： 用于校验bootloader。
  • FW upgrade key： 用于校验升级包的完整性。
  • Debug auth key： 当开启Debug 访问认证，并选择密码模式时，用于开启Debug Port。
  • FW install key： 用于开启 image 区域的擦除/编程权限。
  • Key read key： 用于开启用户Flash key 的读权限。
  • Key install key：用于开始用户Flash key 的写权限 。
  • Chip state key：用于开启芯片 lock /unlock 区域的写权限。
提示

如需要更新OTP key 的密钥，请勾选对应密钥的使能，并填写16 字节密钥值，如超出16 字节会收到提示信息，并截断，少于16 字节，将会用0 进行填充，默认全为0xff。

4.2：调试访问认证​

AC7805X 芯片支持 AUTH_CHALLENGE 和 PASSWORD 两种模式进行调试访问认证，当选择鉴权方式为PASSWORD 后，鉴权密钥为 Debug auth key,

当芯片状态切换为 LOCK 状态后，连接芯片需要进行 DEBUG 鉴权，才能连接上目标芯片，

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警告

使能鉴权功能，请尽可能保持开启状态，减少无法访问芯片的可能情形，此外当前的 debug auth key 表示鉴权时芯片的实时密钥，这个密钥可能是以下二种可能中的一种：

  • 16字节 0xff，表示这是一个空的芯片，未进行配置。
  • 上一次配置的 debug auth key，当芯片之前使用过设置 新的OTP key 功能，并配置过 debug auth key 之后的密钥。

PowerWriter 将优先使用用户填写的密钥进行调试访问认证，如认证失败，则会尝试使用芯片默认值进行鉴权，如果都失败，则意味着填写的密钥错误。

4.3：Boot 配置​

AC7805X 芯片支持低功耗standby 模式唤醒 bypass 安全启动 ，当选择 secure boot 模式时，表示开启安全启动功能，当选择 Standby 模式后，表示standby 模式唤醒后执行安全启动流程，如下所示：

image-20251225095249221

4.4：芯片状态切换​

当芯片从unlock 状态切换为 lock 状态后，可以开启不同内存区域的访问权限，设置lock 不需要进行鉴权，如果设置为了 lock之后，配置芯片数据状态，则需要使用 chip state key 进行鉴权。

image-20251225095437431

警告

使能鉴权功能，请尽可能保持开启状态，减少无法访问芯片的可能情形，此外当前的 chip state key 表示鉴权时芯片的实时密钥，这个密钥可能是以下二种可能中的一种：

  • 16字节 0xff，表示这是一个空的芯片，未进行配置。
  • 上一次配置的 chip state key，当芯片之前使用过设置 新的OTP key 功能，并配置过 chip state key 之后的密钥。

PowerWriter 将优先使用用户填写的密钥进行鉴权，如鉴权失败，则会尝试使用芯片默认值进行鉴权，如果都失败，则意味着填写的密钥错误。

提示

如果当前芯片为lock 状态，并且调试访问认证也开启，并设置为了PASSWORD 模式，则在初始化芯片时，需要先进行调试访问认证鉴权，并确保调试鉴权功能开启，并提供正确的密钥，同时确保芯片状态鉴权开启，并正确填写密钥。

4.5：配置Flash key​

AC7805x 芯片支持配置用户Flash key，Flash 可以一般作用APP 普通密钥进行数据的加解密，生成MAC 和验证MAC 操作，Flash key 可以重复修改，在写入新的 Flash key 之前，需要使用 Key install key 进行鉴权，界面为如下所示：

image-20251225100207111

警告

使能鉴权功能，请尽可能保持开启状态，减少无法访问芯片的可能情形，此外当前的 key install key 表示鉴权时芯片的实时密钥，这个密钥可能是以下二种可能中的一种：

  • 16字节 0xff，表示这是一个空的芯片，未进行配置。
  • 上一次配置的 key install key，当芯片之前使用过设置 新的OTP key 功能，并配置过 key install key 之后的密钥。

PowerWriter 将优先使用用户填写的密钥进行鉴权，如鉴权失败，则会尝试使用芯片默认值进行鉴权，如果都失败，则意味着填写的密钥错误。

4.6：安全启动​

AC7805x 支持用户固件安全启动，使能安全启动后，固件在执行前，将先进行固件的完整性验证，开启安全启动功能的固件编程，在进行编程时需要使用 FW install key 进行鉴权，界面为如下所示：

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开启安全启动时，需要配置以下信息，HSM 在执行安全启动验证时，需要用到以下参数，如下所示：

  • MAC 内容：使用BL verify key 计算出的Firmware 16 字节MAC 内容，这部分内容在安全启动执行时，用于固件进行验证。
  • MAC 地址：固件校验MAC 数据的存储地址。
  • Rom Size：固件的大小，需要0x1000 对齐。
  • Image start: 固件的起始地址，需要0x1000对齐。
  • Image size： 固件的大小，需要0x1000 对齐。
警告

使能鉴权功能，请尽可能保持开启状态，减少无法访问芯片的可能情形，此外当前的 FW install key 表示鉴权时芯片的实时密钥，这个密钥可能是以下二种可能中的一种：

  • 16字节 0xff，表示这是一个空的芯片，未进行配置。
  • 上一次配置的 FW install key，当芯片之前使用过设置 新的OTP key 功能，并配置过 FW install key 之后的密钥。

PowerWriter 将优先使用用户填写的密钥进行鉴权，如鉴权失败，则会尝试使用芯片默认值进行鉴权，如果都失败，则意味着填写的密钥错误。