【技術干貨】Secure Key Store 安全密鑰儲存
密鑰是系統安全的基礎
一個安全系統的基礎，在與其所擁有的密鑰，用以提供系統身分的真實性與確保系統數據的機密性，其最基本需要具備的密鑰，包括了:
Hardware Unique Key (HUK) 每個設備實體所擁有的專屬密鑰，具有唯一性與秘密性，用來生成不同應用所需的密鑰與鏈接裝置專屬的加密數據
Root of Trust Public Key (ROTPK) 用以驗證簽章的公鑰，在裝置安全開機流程中，確保只有通過認證的軟件能夠在裝置上執行
為了確保系統的安全，無論HUK或ROTPK，都必須不能被修改。
除此之外，因應各種應用，在系統中還可能存在各種不同功能的密鑰，包括加、解密用的AES Key，驗證簽章用的RSA Key或ECC Key等等。
這些密鑰架構在密碼學的基礎上，提供系統身分認證，數據保護，傳輸加密等等功能，是系統中，所有安全的基礎，因此對密鑰本身的儲存與保護，更是整個系統中，最重要的一環，這里我們將儲存密鑰的地方，稱之為Key Store。
Key Store 的特點
為了確保密鑰的安全，Key Store密需要具備幾個特點：
1. 所儲存的秘鑰，必須是一個不可分割整體
在Key Store中的每一把密鑰，都必須被視為一個整體來建立、更改與刪除，因為，若一把密鑰有機會被以已知的值取代其部分內容，便很容易被使用分割與暴力破解的方法攻擊 (divide and conquer brute-force attack)。
2. 根據密鑰的種類，提供不同的儲存類型，包括：
靜態儲存
靜態儲存的密鑰，必須具有不可更改的特性，這通常會使用ROM或Fuse的特性來達成。然而，雖然靜態儲存的密鑰無法被更改，卻仍必須可以被撤銷，撤銷后的密鑰，將不再能夠存取或利用，以確保密鑰使用上的安全。
短期儲存
短期儲存的密鑰，有較短的壽命，這可以是只存在當次聯機期間，也可以只存在當次的上電周期，或是只存續在裝置當次的注冊期間內，這些特性，通？赏高^使用Flash或SRAM為儲存媒體來達成。
3. 設定密鑰屬性，以限制密鑰的使用范圍
根據密鑰的用途與對應的密碼學算法，可限縮密鑰的使用范圍，包括限制只能用于AES加解密、只能用于ECC簽章、只能用于驗證等。這樣的限制理由，主要基于下面幾點：
(a) 限制CPU對密鑰的讀取，可避免因軟件漏洞造成密鑰的暴露。
(b) 限制密鑰的使用范圍，可以降低當密鑰被破解時，損失波及的范圍。
(c) 一把密鑰使用于不同的算法，將增加被攻擊的危險。
(d) 一把密鑰使用于不同的用途，可能造成密鑰存續期間長短的沖突，因而需要延長其存續時間，造成密鑰存續時間超過實務上最佳的存續期限。
4. 防止物理攻擊
Key Store內所儲存的密鑰，是整個系統安全的基礎，不只要防范來自軟件漏洞的暴露風險，也要防止來自物理性的攻擊，包括利用物理特性的旁道攻擊 (Side-Channel Attack)與打開封裝，直接量測芯片儲存內容的攻擊。
Key Store 實例
以 Nuvoton M2354 為例，其中包含 Key Store 硬件單元，提供密鑰儲存的功能，能夠儲存由128 bits 到 4096 bits長度的密鑰，以完整的key為單位，進行寫key、刪除與注銷(Revoke)，并具備完整性檢測，只要密鑰有任意的位出錯，那么這把密鑰，就會失效，無法使用。
Key Store 提供OTP、Flash與SRAM三種儲存媒體，可因應不同密鑰存續時間的需求，其中OTP可用來儲存不可更改的密鑰，例如HUK、ROTPK，而Flash可用來儲存云端聯機認證用的密鑰等，而SRAM則可用來儲存云端聯機時，所使用的隨機加密密鑰。
此外，Key Store在建立密鑰時，可以指定相關屬性，限制秘鑰只能由CPU或特定的加密引擎使用，進一步限制密鑰的使用，以加強密鑰的安全性。
針對旁道攻擊, Key Store支持Silent Access功能，可以降低儲存操作時，因為物理特性造成的信息泄露。而針對打開芯片封裝，利用物理量測儲存內容的攻擊，則提供Data Scrambling來防護。更近一步，也可以設定Key Store在系統攻擊偵測(Tamper Detection)觸發時，直接硬件連動，清除、注銷所有Key Store中的密鑰，確保密鑰不被泄露。
總結
現代的安全系統，仰賴密碼學的保護，而再好密碼學算法，還是要依靠密鑰的安全儲存，才能真正達到效果，一旦密鑰暴露出來，所有架構于該密鑰的秘密將不再安全，因此具備一個足夠安全的Key Store來存放密鑰，對整個系統而言，是一件相當重要事。
編輯：zzy 最后修改時間：2023-03-06
