一文詳解ESP32的安全特性

在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)代，無(wú)線通信在日常生活中越來(lái)越普及。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備領(lǐng)域，ESP32是一種流行的低成本片上系統(tǒng)（SoC）微控制器，內(nèi)置了EspressifSystems的混合WiFi和藍(lán)牙芯片。由于其穩(wěn)健的設(shè)計(jì)和超低的功耗，它在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中變得如此流行。但是當(dāng)我們談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，我們會(huì)想到物聯(lián)網(wǎng)的安全性，即數(shù)據(jù)安全和安全連接。ESP32支持基于X.509證書的HTTPs、IoT云（AWS-IoT、Azure、GoogleFirebase）的相互身份驗(yàn)證等）身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)通信。在Internet上，ESP32還為我們提供了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到FLASH存儲(chǔ)器和引導(dǎo)扇區(qū)的數(shù)據(jù)安全性，以防止數(shù)據(jù)被盜。今天我們來(lái)聊聊ESP32的安全特性，主要和Boot扇區(qū)有關(guān)。ESP32的兩個(gè)主要安全功能稱為安全啟動(dòng)和閃存安全，也稱為閃存加密。

ESP32中有哪些eFUSE模塊？

ESP32有一個(gè)1024位一次性可編程（OTP）內(nèi)存塊。此OTP內(nèi)存塊分為4塊，每塊256位。

這些內(nèi)存塊存儲(chǔ)閃存加密和安全啟動(dòng)的密鑰。由于OTP內(nèi)存塊，沒有軟件可以讀取這些內(nèi)存塊。只有一個(gè)ESP32硬件可以讀取和驗(yàn)證安全功能。

什么是Flash加密？如何在ESP32上啟用它？

ESP32FlashEncryption是EspressifSystem的ESP-IDF為ESP32提供的一項(xiàng)安全功能，用于保護(hù)閃存。Flash加密是對(duì)ESP32的SPI閃存的內(nèi)容進(jìn)行加密，啟用該功能后，默認(rèn)加密以下類型的數(shù)據(jù)：

固件引導(dǎo)加載程序

分區(qū)表

“app”類型分區(qū)或應(yīng)用程序分區(qū)

分區(qū)表中任何標(biāo)有“已加密”標(biāo)志的分區(qū)也會(huì)被加密。

在ESP-IDF項(xiàng)目中，用戶可以通過項(xiàng)目配置輕松啟用Flash加密

idf.py菜單配置

打開ESP32項(xiàng)目配置菜單后，現(xiàn)在導(dǎo)航到

“安全功能”--〉

“啟動(dòng)時(shí)啟用閃存加密”--〉

“啟用使用模式（開發(fā)（非安全））”/“啟用使用模式（發(fā)布）”

在Flash加密中，有兩種模式：

開發(fā)模式：該模式下，ESP32閃存分區(qū)全部加密并開放修改，也可通過UART讀取閃存。

發(fā)布模式：此模式特別推薦用于制造和生產(chǎn)階段。在此模式下，UART/JTAG對(duì)閃存的讀取完全被阻止，新固件只能通過無(wú)線（OTA）更新。

啟用閃存加密后，當(dāng)前代碼的二進(jìn)制文件以純文本文件的形式閃存到ESP32的內(nèi)存中。但是刷機(jī)過程完成后，ESP32第一次啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備本身使用刷機(jī)時(shí)存儲(chǔ)在eFUSE-BLK1中的AES刷機(jī)加密密鑰，對(duì)每一個(gè)上面提到的分區(qū)進(jìn)行了加密。。加密分區(qū)后，ESP32設(shè)備會(huì)自行重啟并使用編程邏輯進(jìn)行處理。

當(dāng)ESP32的執(zhí)行單元嘗試讀取時(shí)，ESP32的flash執(zhí)行過程會(huì)解密flash存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)，而對(duì)于寫入過程，flash執(zhí)行過程會(huì)在寫入flash存儲(chǔ)器之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

什么是安全啟動(dòng)？如何在ESP32上啟用它？

ESP32Secure-boot是一項(xiàng)安全功能，可為在ESP32硬件上運(yùn)行正確的應(yīng)用程序提供安全保障。啟用安全啟動(dòng)后，在使用基于RSA-3072的安全啟動(dòng)的簽名密鑰加載之前，會(huì)驗(yàn)證每個(gè)閃存的二進(jìn)制文件［軟件引導(dǎo)加載程序和應(yīng)用程序固件］。我們可以將Secure-boot稱為“ESP32的守護(hù)者”。

為了啟用Flash加密，在相同的步驟中，我們可以從項(xiàng)目menuconfig啟用Secure-boot。

“安全功能”-〉

“在引導(dǎo)加載程序中啟用硬件安全啟動(dòng)”

安全啟動(dòng)如何工作？

當(dāng)ESP32設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，ESP32硬件的受信任ROM或者我們所說的第一階段引導(dǎo)加載程序在軟件引導(dǎo)加載程序上使用基于RSA-3072的安全引導(dǎo)密鑰運(yùn)行驗(yàn)證，然后軟件引導(dǎo)加載程序使用相同的簽名密鑰驗(yàn)證應(yīng)用程序固件和啟動(dòng)應(yīng)用程序。