我们都知道STM32WB是双核多协议无线微控制器，即主频为64 MHz的 Arm®Cortex®‐M4内核（应用处理器）和主频为32 MHz的Arm®Cortex®‐M0+内核（网络处理器），支持Bluetooth™ 5和IEEE 802.15.4无线标准。双核的好处是可以优化对资源的安全使用，保证和RF协议栈相关处理的实时性，并可同时提供电源管理的灵活性。

& ?8 L9 Q. a; y) D4 Y9 g/ y: @STM32WB的信息安全是以双核隔离为基础的。
" z/ a, t  @: {% w9 Z! e9 Y
0 u0 u& n6 v5 C1 C1 J- OSTM32WB双核架构和双核间的隔离机制
% j3 @8 C- R9 a( q, s( n6 H7 L' @

; K0 `2 u! F. J6 d# O9 Q$ C3 S7 E


调试端口访问：

. s* ?6 J. ]: A& U, J
出厂的芯片缺省关闭CM0+一侧的调试端口访问，即使在RDP0的状态下也只能调试CM4内核。
+ q" I$ g$ I# m# ]6 c  |
8 w& l2 w+ s2 Q# I+ s, u8 DOption Byte：
4 [5 ~: P1 }3 `5 O- s6 f* m! w
3 t. j; W5 {- ?- m/ D, S5 n
OptionByte中包含双核隔离相关的安全设置，例如CM0+才能访问的Flash区间等等。这些OptionByte受到保护，无法随意被修改。缺省出厂芯片已经使能CM0+的保护，相关的一些OptionByte设置无法通过调试端口或CM4进行修改。
0 x1 |1 Q* U1 ?7 I, K
! J) g& L& }% {2 b片上Flash：
# T' U9 J* q! @) j+ [3 S

Flash的一部分只能由CM0+访问，CM4无法对该部分Flash进行读、写、擦。
3 ~3 l; N' R5 o$ S' g* W
片上SRAM：


) G* Z9 a4 d1 w7 d8 m7 uSRAM的一部分只能由CM0+访问，CM4无法对该部分SRAM进行读、写。

CRYPTO硬件资源：如AES，TRNG，PKA


" T. V; s+ {; X8 \系统上电复位时，缺省CRYPTO相关的硬件CM4可以使用。CM0+内核可以通过修改SystemConfig相应的寄存器使得这些硬件资源只能由CM0+内核进行控制，也称为把这些硬件资源配置成Secure访问模式。其中当AES1被配置为Secure时，CM4内核无法访问密钥寄存器，但是依旧可以访问AES1的其他寄存器使用AES1硬件单元进行加解密操作。
( V! |$ {( \: G) G0 S' H$ ]
0 k4 p$ D! v. }6 b

CKS (Customer Key Storage)

/ o9 p. p; g* P$ `0 e
0 f) U+ j' j  cAES算法是应用程序中经常用到的一种保障数据机密性和完整性的方法，例如用于隐私数据的加密存储、加密通信等。其中，密钥作为最敏感的信息也需要受到保护。


+ B% \5 l" r2 S' A# g8 L+ R# ySTM32WB的CKS功能提供在MCU上的密钥安全存储和安全使用方法 ：

$ m+ d2 g+ ~/ i( u$ h$ K
4 \+ L0 M7 c& a3 U( |! U; E1 ?3 [: H存储在片上安全Flash的密钥无法通过调试端口获取（即使在RDP0条件下）


运行在CM4内核的应用程序代码也无法获得片上安全Flash中存储的密钥，避免软件漏洞带来的风险

# M/ l; [4 q0 K. |
* ]# @$ O6 s# A- K应用程序代码依旧能够通过CKS和AES1硬件模块使用存储的密钥进行加解密操作


CKS能够存储多组密钥，应用程序代码可以通过密钥索引来指定AES运算所使用的密钥
: P2 B' L0 D: k8 P

$ ^. R5 k9 d2 Q3 D1 C- \

用户密钥存储

$ X- ~. u& Q# ?- v+ M

) e& E3 t/ W1 F5 @$ @用户密钥存储在"安全"Flash区域，用户代码和调试端口不可访问
- D, N: I  Q5 A" m6 L

CKS最多可以存储100个用户应用密钥（用于AES运算）
1 [* H1 l# o( E5 P9 q

允许存储128位或者256位的AES密钥

; f# V1 y* D& g9 b& u9 R9 v对密钥的操作只能通过用户代码调用FUS接口完成


把密钥写到“安全”Flash区域，需要安全的操作环境

+ l( g+ i2 W. E5 q( D; X

用户密钥的写入 (Key Provisioning)

: X( r: e. @3 l2 J9 t- R( G5 ]/ F

, |# }  l+ r& z. p

可以通过用户代码完成，也可以通过CubeProgrammer的GUI或者命令行完成
写入应用密钥的明文//simple key，需要安全的操作环境
0 _/ u- A! i* o$ S3 J+ [5 ^. e
% P: `7 u* M9 ~8 t& q  L( {! M
" g% L& s3 [7 X  q0 w# C% ^" H2 t写入应用密钥的密文//encrypted key，无需安全的操作环境
* S  a9 P( r$ f( m$ a- t8 b

5 G3 I5 d- C- _6 P. m基于AES-128 GCM
1 H- Y# J, R$ s: y9 ?2 Y
5 Q$ _6 T* N! E3 e3 n* F
/ {7 }& s, |! i* N+ D# X* W, u写入用于解密encrypted key的密钥的明文//master key，需要安全的操作环境

& \! O/ l/ J+ F4 j9 O; |/ S该操作在手册中用“write”或“load”表示
9 S/ B$ s) O$ |* c( U

; h, z* h$ `* B

用户密钥的写入通过应用代码实现

5 v- ^9 r2 R! r7 ~! q6 m5 u' t
参考例程：
% k5 z4 _* U: Z& L1 f% _STM32Cube_FW_WB_Vxxx\Projects\P-NUCLEO-WB55.Nucleo\Applications\CKS\
. X3 |6 j! R$ n7 h) {2 A0 Z9 d

给CKS_param赋值
5 x( z& z6 b& f2 |4 Z. M+ D) `

1. typedef PACKED_STRUCT{
   1 }# t# d- K  h3 {; P
2. uint8_t KeyType;
   % x) R$ s* C7 j- V
3. uint8_t KeySize;
   
4. uint8_t KeyData[32 + 12];
   $ L1 B8 C2 g  w. ]/ ^, J
5. } SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey_Cmd_Param_t;
   # ]. A9 X- U5 C% [) `% m2 z
6. SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey_Cmd_Param_t CKS_param;
   4 @( a, y9 a8 L' }7 [0 @8 o9 z/ e
7. CKS_param.KeyType = …;
   
8. CKS_param.KeySize = …;
   
9. memcpy(CKS_param.KeyData, pKeySimple_128, 16)

复制代码

$ n2 A/ c0 e8 M调用FUS服务：SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey
/ u; L& V5 F7 ^" |: ?8 h输入：CKS_param结构体
+ z1 g9 P6 H9 l" J$ q
' Z. d1 Z% S# d6 A
输出：芯片为该密钥分配的索引

, X2 n3 \( p6 T0 I- j2 w' F2 o

1. 
   - R+ G! h( ]5 i  `/ e
2. SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey (&CKS_param, &key_simple_128_idx );

复制代码

* B/ E# {, H. F1 z  Q& A

- |$ b$ m5 `) s, q7 _- `) r6 r! }0 l

用户密钥的写入使用STM32CubeProgrammer GUI实现

( E, p: f' S" z0 R! {+ p

% k7 U5 _1 e. o2 R1 D! N5 [" `
  L* o2 G; c6 h9 s* A- _. r" m8 W" PSTM32CubeProgrammer 从2.4版本开始支持
芯片切换到系统 Bootloader 启动运行DFU，
5 i4 U& l1 Q  r  r

STM32CubeProgrammer 以USB方式连接芯片
' S9 ?! S+ x/ x6 n5 T

. k+ @0 z' v1 v5 l2 x. U; B步骤：选择KEY文件 ——> 指定KEY类型 ——> 写入KEY

7 y; _4 D4 t4 G4 `  A
注意：GUI界面没有返回为该密钥分配的索引，需要用户自己记录
  E; I3 S+ A( Z3 V9 d
- m3 Y# f7 J4 L0 O

应用密钥的装载和使用

; F$ m/ _8 I) L) J. LLoad：AES1的密钥装载
SHCI_C2_FUS_LoadUsrKey (key_simple_128_idx)
- Z: g" I- K* L7 k# I该操作会把AES1密钥寄存器配置成Secure
SAES1@SYSCFG_SIPCR
1 K& k' Z+ ^% ?  J4 v5 p只能由运行在CM0+上的FUS来配置
; c* C) ]5 F6 X5 @& h, r运行在CM4上的用户代码可以读取其状态
安全状态和AES1时钟是否使能没有关系

) e8 }7 N& z7 x* z: [

使用步骤

. k" V) o( V8 x
Step1：AES1模块初始化


! P1 j6 E  t/ E$ h初始化结构体的pKey，设置为空指针即可


使能AES1时钟
4 ^$ f5 }) c  r

1 f% e" a& ?5 _- @Step2：密钥装载

1 \9 C( x+ |9 k5 R' M
要在AES1模块disable1的时候 (EN=0)


Step3：使用AES1做加解密

1. hcryp1.Init.DataType = CRYP_DATATYPE_8B;
   1 `$ _% h! d3 k3 J, H  D
2. hcryp1.Init.KeySize = CRYP_KEYSIZE_128B;
   . j8 j) c0 Q/ Q( h3 m6 F8 J. H
3. hcryp1.Init.Algorithm = CRYP_AES_CBC;
   
4. /* Key will be provided by CKS service */
   * `  h* Q$ W% t6 u8 |
5. hcryp1.Init.pKey = NULL;
   8 ]8 z( R( a5 I' C' _" e9 J4 H6 \
6. hcryp1.Init.pInitVect = AESIV;
   / q+ \1 [& e5 M. b4 P: g0 o
7. HAL_CRYP_Init (&hcryp1);
   / R' N7 p& _' k+ o$ u8 D0 M( O
8. SHCI_C2_FUS_LoadUsrKey (key_simple_128_idx);
   
9. HAL_CRYP_Encrypt(&hcryp1, Plaintext, size, EncryptedBuf, timeout)

复制代码

应用密钥的使用

( J! A0 ~  B: m
2 V! N$ n: ]' b6 L2 ULock：
+ _% |  D/ b0 q) g5 p, D
5 ^+ b& k4 f* D0 o
·SHCI_C2_FUS_LockUsrKey (key_simple_128_idx)
& l; ~9 ]5 E, I& c. b4 u, y·对某个key lock之后，将无法再对该key进行 Load操作，再次Load该Key时FUS API返回 错误代码0xFF；但是不影响已经在AES1密 钥寄存器中的key
& q; P* a+ n. N% J' g. b6 h·对该key load的禁止操作，会一直生效直到 下次系统复位

* v: P( E' C% G  K注意事项：关于后续更新

' D% N3 x! t7 v/ j6 {
·为了避免有效密钥一直存在于AES1密钥寄存 器中，建议使用完毕后Load一个dummy key 或者disable AES1
" s: h$ K5 V( b) G0 Z7 X·后续FUS版本（从 STM32CUbeWB1.11开始）会增加API：Unload
·早期出厂芯片预装的FUS版本较老，在FUS 升级的时候，通过CSK存储在芯片里的用户 key会被擦除
·从FUS1.1.1.1或者FUS1.2.0开始，再做FUS升 级，不会影响到已经存在的用户key 应用密钥的使用

; D3 ?2 c3 S: x2 o
# l& z5 h: G7 Q- W; a, q0 M

小结

9 g, f$ ]$ Q+ E; a* Q2 @

使用CKS对AES密钥进行保护，与传统的直接将AES密钥存储在Flash中的做法有明显的优势：

9 N/ o! q; A* s
8 K/ \8 D) s: T3 [CKS存储的密钥数据无法通过调试端口获取，已经存储的密钥数据，即使在RDP为0的情况下也不能通过调试端口访问。
9 Y9 `! f6 H1 L& f8 |( s

$ E/ N- Q3 K4 ]7 ~; T密钥使用过程中应用程序代码虽然可以使用密钥进行加解密操作，但是始终无法直接获取密钥数据本身，降低了软件漏洞可能带来的风险。

9 b1 X* e6 ]. J7 A" g+ b! o
9 N# e5 E" ~" H( ~  W- t
4 r3 X$ S  `- y5 ]( m+ n


' E  R7 \' Q/ a" A" F. v

详实、详尽、详细。学无止境！
  I' c+ ?* y6 V