汽车信息安全硬件讨论:SE vs HSM
目录
1.什么是Secure Element
2.芯片内置HSM和SE
3.未来HSM的发展
现在的智能网联汽车看起来像是一个连接万物的智能移动终端，它不仅可以与OEM云服务器通信接收OTA推送，还可以与手机蓝牙、Wifi交互完成远程汽车解锁、座舱内环境设置等等，借用Vector一张比较老的V2X描述，如下：
所有红色闪电都属于汽车的对外接口，很容易受到攻击，因此对接口进行安全加固防御非常关键，需要思考的加固方向如：车外安全通信、车内安全网关、车内安全通信、车内敏感数据安全存储等。
据统计，OEM对于上述关键接口在硬件层面上采用安全芯片(SE)+芯片内置HSM的策略来构建整车信息安全纵深防御架构。
那么什么是SE，用在哪里？芯片内置HSM与SE之间的不同在哪里？我们来具体看看。
1.什么是Secure Element
SE这个东西其实大家经常用，那就是智能手机的使用。
从外观形式上看，它是一颗独立的芯片，有内核，有Flash、Ram\ROM、加密引擎等等，用于敏感数据的存储或者是需要信息安全覆盖的APP运行，例如我们的手机银行、支付宝等等，此外，它还负责保证在其内部的代码、数据免受恶意软件攻击，具备硬件防篡改能力(物理拆解SE，芯片自毁)。
由于它是一颗独立芯片，因此需要采用协议与外部通信，例如SPI、I2C。通常情况SE会嵌入到手机本身，或者eSIM卡，我们不关心也是自然。下图为SE芯片的一个NFC用法：
那么在汽车行业里，SE会用在哪里呢？
首先现在的汽车与十年前传统汽车，在网联化和智能化方面有了长足的发展，在功能上也有了很多进步，特别是在人机交互方面。
总结一下，目前已知的对外接口包括：蓝牙、充电桩、无钥匙进入系统、移动基站通信、雷达、USB、OBD、手机无线充电、Wi-Fi，如下:
对于黑客来说，这些接口都可以作为攻击点，故障注入、侧信道攻击、非侵入攻击都可以成为其攻击手段。
上述所有的连接其实就是我们聊了很久的V2X(Vehicle-to-everything)技术：利用传感器、摄像头、无线通信技术将汽车与其周围环境连接起来，保证道路驾驶安全。V2X根据通信终端不同，可以分为如下几大类：
- V2V：Vehicle to Vehicle,汽车之间能够交换速度、位置和方向的数据；
- V2P：Vehicle to Pedestrian ，用于感知车辆周边行人等；
- V2N：Vehicle to Network，用于与其他网络交互，例如5G、LTE等；
- V2I：Vehicle to Infrastructure ，用于汽车与道路基础设施(如智能交通灯或道路标志)之间交互
可以看到，上述应用场景中比较关键的是V2X数据通信的完整性、车辆身份真实性和驾驶员隐私性，这与V2X终端信息处理能力密切相关，目前主流技术路线是使用专门的安全芯片来完成消息的验签、数据存储等等。
针对V2X通信，NXP推出SXF1800专门用于用于保护移动支付和保护V2X通信(ECC)验签，如下图：
针对无钥匙进入，NXP推出NCJ37A，有特定的硬件密码加速器，具有防物理\电气攻击的能力，主要用于存储和数字密钥管理，可以与NFC配套组成汽车智能门禁系统，如下：
英飞凌针对V2X通信推出SLS37，用于保护V2X通信，特别是针对TBOX和RSU(roadside units)，示意如下：
SLS37与主控MCU通过SPI加密通信，它提供了最高级别的防篡改保护机制，ECDSA签名速度可达20个每秒。
国内针对这类芯片的公司包括紫光同芯、华大微电子、国民技术等，例如紫光的THD89 eSIM SE，可用于数字钥匙、TBOX、eUICC等
华大CIU98系列面向C-V2X、数字钥匙、汽车TBOX、OBE_SAM等
因此，我们可以简单总结，安全芯片SE本质上一颗独立特定功能芯片，对于终端用户来说包括安全硬件和安全软件两个部分：安全硬件包括安全的运行环境、安全存储、安全算法、安全接口等；安全软件提供安全的交互机制，确保SE与主控单元之间命令和数据的交互安全，基于SE对数据进行安全处理、安全计算、安全存储等安全功能，实现设备的身份认证、数据传输加密、敏感信息保护等功能。
这类芯片由于属于信息安全产品的范畴，一般会去过各种认证，包括
- CC EAL(Common Criteria Evaluation Assurance Level认证，目前EAL分为EAL1-7个等级，其中。EAL 7为最高等级，一般需要通过一系列的安全功能测试，以及代码审计、漏洞分析和安全功能强化，并需要提供安全策略和配置指南，以及进行安全功能强化，并需要进行代码审计、漏洞分析和安全功能强化。
- FIPS 140-2: NIST针对加密模块的安全认证，分为L1-L4，L4等级最高。
NXP SXF1800满足EAL 4+（在EAL4基础上升级了部分检测项目）FIPS 140-2 L3，THD89 EAL 4+，英飞凌SLI97 EAL5+等等。
2.芯片内置HSM和SE
目前我们接触到的车规MCU里通常都会HSM，个人理解，这是在通用汽车MCU的基础上，提供了一个芯片内部的安全隔离环境，通过加入密码引擎、融入真随机数、调试保护等安全要素，提供安全调试、安全启动、安全更新、安全隔离、安全算法、安全存储、故障注入防护等安全服务系统功能。
针对车规MCU的HSM，目前公认的是EVITA项目，根据不同场景分为了EVITA Light、Medium、Full三种变体，如下图：
EVITA HSM主要面向的是是V2X、车内通信、执行器传感器等的保护，例如提出了基于CAN的SecOC、基于调试接口攻击的保护手段；而这个项目是2008年发起，发展至今，黑客的攻击手段随着汽车行业的整体发展变得更加多样，例如侧信道攻击、故障注入攻击等等。
Evita HSM逐渐变得不满足需求，而保护级别更高的SE芯片恰好可以配合Evita HSM，共筑整体的网络安全防御体系。
3.未来HSM的发展
随着中央集中式电子电气架构的推进，HSM自然也会有进一步的发展。
首先就是密码引擎的并行处理能力，为加速各节点的通信，现在很多MCU厂家在HSM基础上新增了特定的AES、Hash加速引擎，用于SecOC、TLS的通信加速，例如RH850 U2B的ACEU、SR6P7C8的AES Light、TC4xx的CSS等
其次就是在攻击防护能力上的提升，针对所有调试接口、测试接口需要抵扣各种侧信道攻击、故障注入攻击（DFA\毛刺共计等）。
最后就是在产品的认证上，如果我们把MCU看做一个整体，那么功能安全26262和信息安全21434是必要满足的，但如果我们把HSM的硬件软件当做一个整体，可否像SE一样去过CC、FISP 140-2的认证呢？这是一个成本和经验上的考虑。