汽车信息安全硬件讨论:SE vs HSM

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。