引言

本用戶手冊介紹了如何開始使用X-CUBE-SBSFU STM32Cube擴展包。

X-CUBE-SBSFU安全啟動和安全固件更新解決方案使STM32微控制器內(nèi)部固件可升級到新版本，添加新功能，和糾正潛在問題。升級過程是以安全的方式進行，以防未經(jīng)授權(quán)的更新，并阻止訪問設(shè)備上的機密數(shù)據(jù)。

安全啟動（可信根服務(wù)）是一種不可變代碼，總是在系統(tǒng)復位后執(zhí)行，它檢查STM32靜態(tài)保護、激活STM32運行時保護、然后在每次執(zhí)行前驗證應(yīng)用程序代碼的真實性和完整性，以確保無效或惡意代碼無法運行。

安全固件更新應(yīng)用通過使用Ymodem協(xié)議的UART接口接收固件映像，檢查其真實性，并在安裝代碼之前檢查其完整性。固件更新可更新整個固件鏡像，或者部分鏡像。單槽示例適用于固件映像最小化的情況，而雙槽示例則適用于確保映像安全安裝的情況，且也適用于IoT設(shè)備中常用的無線固件更新功能。對于復雜系統(tǒng)，固件映像配置可擴展至最多三個映像。示例代碼可靈活配置，可配置使用對你或非對稱加密方案，采用明文或密文方案。

安全密鑰管理服務(wù)（KMS）通過PKCS #11 API（基于KEY ID的API）向用戶應(yīng)用程序提供加密服務(wù)，這些API在受保護和隔離的環(huán)境中執(zhí)行。用戶應(yīng)用程序密鑰存儲在受保護和隔離的環(huán)境中，以便進行安全更新：真實性檢查、數(shù)據(jù)解密和數(shù)據(jù)完整性檢查。

STSAFE-A110是一種防篡改安全元件（通過硬件通用標準EAL5+認證），用于托管X509證書和密鑰，并在安全啟動和安全固件更新過程中執(zhí)行用于固件鏡像身份確認的驗證。

X-CUBE-SBSFU基于STM32Cube軟件技術(shù)，易于在不同STM32微控制器之間移植。它以參考代碼的形式提供，演示了STM32安全保護措施的最佳使用方式。

X-CUBE-SBSFU歸類為ECCN 5D002

目錄預(yù)覽

1.概述

2.STM32Cube概述

3.安全啟動和安全固件升級（SBSFU）

4.密鑰管理服務(wù)(KMS)

5.保護措施和安全策略

6.軟件包說明

7.硬件和軟件環(huán)境設(shè)置

8.逐步執(zhí)行

9.了解啟動時的最后執(zhí)行狀態(tài)消息

X-CUBE-SBSFU擴展包附帶在STM32F4系列、STM32F7系列、STM32G0系列、STM32G4系列、STM32H7系列、STM32L0系列、STM32L1系列、STM32L4系列、STM32L4+系列和STM32WB系列產(chǎn)品上運行的示例。

此外，還為STM32L4+系列提供了一個結(jié)合了STM32微控制器和STSAFE-A110的示例。X-CUBE-SBSFU以獨立STM32系統(tǒng)解決方案示例的參考代碼的形式提供，這些示例演示了用來保護資產(chǎn)免遭未授權(quán)外部和內(nèi)部訪問的STM32保護措施的最佳使用方式。

X-CUBE SBSFU還提供了一個結(jié)合了STM32和STSAFE-A110的系統(tǒng)解決方案示例，演示了面向安全身份驗證服務(wù)和安全數(shù)據(jù)存儲的硬件安全元件保護。X-CUBE-SBSFU是OEM根據(jù)其產(chǎn)品的安全要求級別開發(fā)安全啟動和安全固件更新的起點。X-CUBE-SBSFU安全啟動和安全固件更新擴展包可在基于Arm(a) Cortex-M處理器的STM3232位微控制器上運行。

STM32Cube是什么？

STM32Cube源自意法半導體，旨在通過減少開發(fā)工作量、時間和成本，明顯提高設(shè)計人員的生產(chǎn)率。STM32Cube涵蓋整個STM32產(chǎn)品系列。STM32Cube 包括：

? 一套用戶友好的軟件開發(fā)工具，覆蓋從概念到實現(xiàn)的整個項目開發(fā)過程，其中包括：

– 圖形軟件配置工具STM32CubeMX，可通過圖形向?qū)ё詣由沙跏蓟疌代碼

– STM32CubeIDE，一種集外設(shè)配置、代碼生成、代碼編譯和調(diào)試功能于一體的開發(fā)工具

– STM32CubeProgrammer（STM32CubeProg），圖形版本和命令行版本中可用的編程工具

– STM32CubeMonitor（STM32CubeMonitor、STM32CubeMonPwr、STM32CubeMonRF)和STM32CubeMonUCPD）是功能強大的監(jiān)控工具，用于實時微調(diào)STM32應(yīng)用的行為和性能。

? STM32Cube MCU和MPU包，特定于每個微控制器和微處理器系列的綜合嵌入式軟件平臺（如用于STM32L4系列和STM32L4+系列的STM32CubeL4），其中包含：

– STM32Cube硬件抽象層（HAL），確保在STM32各個產(chǎn)品之間實現(xiàn)最大限度的可移植性– STM32Cube底層API，通過硬件提供高度用戶控制，確保最佳性能和內(nèi)存開銷

– 一組一致的中間件組件，如FAT文件系統(tǒng)、RTOS、OpenBootloader、USB主機、USB設(shè)備、TCP/IP、觸摸感應(yīng)庫，以及圖形庫

– 包含的軟件覆蓋了全套外設(shè)以及對應(yīng)可用的示例

? STM32Cube擴展包，包含的軟件組件是STM32Cube MCU和MPU包的功能補充：

– 中間件擴展和應(yīng)用層

– 在特定的意法半導體開發(fā)板上運行的實現(xiàn)案例

軟件如何補充STM32Cube？

該軟件基于STM32CubeHAL，即STM32微控制器的硬件抽象層。此軟件包通過提供以下中間件組件擴展STM32Cube：

? 用于管理所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)和操作（如訪問固件加密密鑰的加密操作等）的安全引擎

? 通過PKCS #11 API提供密碼服務(wù)的密鑰管理服務(wù)

? 用于管理硬件安全元件特性的STSAFE-A

軟件包包含有不同的示例應(yīng)用程序，可提供完整的SBSFU解決方案：

? SE_CoreBin應(yīng)用程序：提供包含所有“可信”代碼的二進制文件。

? 安全啟動和安全固件升級（SBSFU）應(yīng)用程序：

– 安全啟動（可信根）

– 本地下載通過串口

– 固件安裝管理

? 用戶應(yīng)用程序：

– 在雙插槽操作模式下下載新固件– 提供了測試保護機制的示例

– 提供了使用KMS API的示例示例應(yīng)用提供了雙插槽和單插槽操作模式，并且可以配置為不同加密方案。

注：在名稱為1_Image 的示例中對單插槽配置進行了演示。在名為2_Images 的示例中對雙插槽配置進行了演示。

本用戶手冊介紹了軟件包的典型用法：

? 基于NUCLEO-L476RG板

? 示例應(yīng)用在雙插槽模式下運行，并配置了非對稱身份驗證和對稱固件加密有關(guān)配置選項和單槽操作模式的更多信息，請參閱本文檔的附錄。

注：STM32L4系列和STM32L4+系列提供KMS功能，所提供示例基于B-L475E-IOT01A和B-L4S5I IOT01A板。

注：STM32L4+系列提供STSAFE-A110功能，所提供示例基于B-L4S5I-IOT01A板。

3.1 產(chǎn)品安全介紹

現(xiàn)場部署的設(shè)備在不受信任的環(huán)境中運行，因此會受到威脅和攻擊。為了減輕受攻擊風險，我們的目標是只在設(shè)備上運行可靠的固件。已連接的設(shè)備時常需要更新固件映像以修復錯誤，或引入新功能或?qū)Σ撸駝t極易遭受攻擊。其后果可能是破壞性的，如固件克隆、惡意軟件下載或設(shè)備損壞。因此必須設(shè)計出一套安全的解決方案來保護敏感數(shù)據(jù)（甚至可能是固件本身）和關(guān)鍵操作。

典型的對策基于加密技術(shù)（帶有相關(guān)密鑰）和內(nèi)存保護：

? 密碼可確保固件傳輸期間的完整性（確保數(shù)據(jù)未被破壞）、身份驗證（確保某個實體確實符合其聲明）以及機密性（確保只有經(jīng)過授權(quán)的用戶才能讀取敏感數(shù)據(jù)）。

? 內(nèi)存保護機制可以防止外部攻擊（例如，通過JTAG物理訪問設(shè)備）以及來自內(nèi)部其它進程的攻擊。以下章節(jié)介紹實現(xiàn)機密性、完整性和身份驗證服務(wù)的解決方案，以解決IoT終端節(jié)點設(shè)備最常見的威脅。

3.2 安全啟動

安全啟動（SB）確保所執(zhí)行的用戶應(yīng)用程序映像的完整性和真實性：使用密碼檢查，防止運行未經(jīng)授權(quán)或惡意修改的軟件。

安全啟動過程實現(xiàn)可信根（參見圖 1）：從該可信組件（1）開始，其他每個組件在其執(zhí)行之前（3）都要經(jīng)過認證（2）。對完整性進行驗證，以確保即將執(zhí)行的映像未被破壞或惡意修改。可靠性檢查旨在驗證固件映像是來自可信且已知的源，以防止未經(jīng)授權(quán)的實體安裝及執(zhí)行代碼。