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。
; C: {& d. H$ {3 `1 M4 U2 m
STM32WB的信息安全是以双核隔离为基础的。

STM32WB双核架构和双核间的隔离机制
" o: I- y0 b% r" }- B% P

! F  ?" Q9 a  i! x5 J
  n5 V; d- \+ K! b0 d调试端口访问：

+ g; w9 h& T% c6 N1 |! [
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。

" I' Y$ l- ]3 Z- d) `* TOption Byte：

' M6 F# ^0 R/ ?  K
5 M/ G7 g5 X6 t# N/ n( wOptionByte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。
2 J; p' \  e/ X( a, j
8 m  d  z5 m% V: Q$ G4 A* y: Y0 F片上Flash：


7 t5 g8 r3 [+ {+ R$ S6 g# {, cFlash的一部分只能由CM0+访问，CM4无法对该部分Flash进行读、写、擦。
9 C( X* V+ X( D8 f; x& V
9 \8 a5 g+ v9 u3 F1 e$ ?# S  B片上SRAM：


9 ?: o4 m& ~3 }. sSRAM的一部分只能由CM0+访问，CM4无法对该部分SRAM进行读、写。

( i8 r8 v. T9 M: T. aCRYPTO硬件资源：如AES，TRNG，PKA
" _9 a6 g; a# }$ X' W
- \% v2 h4 ], H5 \) M8 V0 C
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。

CKS (Customer Key Storage)

$ C: ~) Y( O; T1 F7 v* M' A
2 u4 R# [  C1 |* d' X( \& bAES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。


STM32WB的CKS功能提供在MCU上的密钥安全存储和安全使用方法 ：

2 c9 v/ c# o* N" g) L- F' O! u
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）
( f8 z. @: d) Q% w/ p2 h

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
' A& t' ?/ w3 C2 S6 L$ b$ v4 B$ ~

! x5 x8 @7 {9 ]. C* J5 l/ m3 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

" ^5 E' D% _/ f, C: O
' V3 K1 M- M4 v- @  Q/ gCKS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
+ a" U+ O* g! F! W; W. k( U3 ~

) j1 g6 g& |' ?  |

用户密钥存储

9 a5 ~% h  _2 {5 R! v2 c
6 E8 y6 N/ ^8 [2 ~) X4 f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


# l1 ?$ d; t: w' LCKS最多可以存储100个用户应用密钥（用于AES运算）
% L' O/ Z) b) b- |! @) e! Z

允许存储128位或者256位的AES密钥

对密钥的操作只能通过用户代码调用FUS接口完成
- L7 k+ c, O# k; t9 ^
) _! S: m" O1 ~
4 O; c" M  V4 h7 ]把密钥写到“安全”Flash区域，需要安全的操作环境

% n( ^: k, C' l

用户密钥的写入 (Key Provisioning)

4 r5 j6 f4 {) J" X; T% O$ a( u

0 b/ ]2 \. W+ t% b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


写入应用密钥的密文//encrypted key，无需安全的操作环境

/ _7 T  p1 x5 X5 @# ]2 Y
基于AES-128 GCM


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

7 A# x! e& `8 Y) G2 w. V该操作在手册中用“write”或“load”表示

用户密钥的写入通过应用代码实现

5 ^6 z5 D0 g- ~3 W参考例程：
' h- R" k, W# MSTM32Cube_FW_WB_Vxxx\Projects\P-NUCLEO-WB55.Nucleo\Applications\CKS\
6 P4 R& S. g1 Y" o
2 @! L. a( x: Y
给CKS_param赋值

1. typedef PACKED_STRUCT{
   : k0 V8 p. S7 f: Q4 d
2. uint8_t KeyType;
   . y, b4 v, p, f1 G( ~2 f# Q+ F! O
3. uint8_t KeySize;
   8 F. H7 K2 n; f- g* f
4. uint8_t KeyData[32 + 12];
   9 n4 ?0 Y; N7 P2 l) a2 K
5. } SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey_Cmd_Param_t;
   5 L* U, X. M8 e! I
6. SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey_Cmd_Param_t CKS_param;
   
7. CKS_param.KeyType = …;
   4 s0 x  J% x; E& p: Q6 _
8. CKS_param.KeySize = …;
   / S) \: o7 f4 F' f: g" H# d$ y
9. memcpy(CKS_param.KeyData, pKeySimple_128, 16)

复制代码

# ]% ~+ D' e2 ^$ [# v调用FUS服务：SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey
+ E. K% R& ~/ D" q3 O输入：CKS_param结构体

; W, @2 s! l( K! y' N
! L) j9 g& D5 {. ^/ B输出：芯片为该密钥分配的索引

1. 
   ( x7 g; a) u5 I$ f9 B+ u0 u
2. SHCI_C2_FUS_StoreUsrKey (&CKS_param, &key_simple_128_idx );

复制代码

  X  c0 V, M  x

用户密钥的写入使用STM32CubeProgrammer GUI实现

/ P  b. l5 @/ `, f+ z% L; f

( e/ L1 a0 l# g" ]7 N2 w
6 P% d4 h2 ^! b4 ZSTM32CubeProgrammer 从2.4版本开始支持
芯片切换到系统 Bootloader 启动运行DFU，
% k( U3 _5 x; z. a: E1 s1 M
* g1 @" p8 u2 j& Q- K
STM32CubeProgrammer 以USB方式连接芯片
" s  g# V! G/ |* p3 n! Y6 j

7 k$ e5 \: q% s0 B* Z! u步骤：选择KEY文件 ——> 指定KEY类型 ——> 写入KEY

$ U  Q" t0 L6 F* e/ V5 O/ l* f
! I5 D1 z1 C: e0 P; A/ Z
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


, N$ z- W) {) ~1 m# Q* y8 B! l

应用密钥的装载和使用

Load：AES1的密钥装载
& f6 f, k4 q1 X$ c. ?; v  KSHCI_C2_FUS_LoadUsrKey (key_simple_128_idx)
该操作会把AES1密钥寄存器配置成Secure
6 ^1 F7 D: i0 x, t3 @  `5 }% v8 ~SAES1@SYSCFG_SIPCR
只能由运行在CM0+上的FUS来配置
# n$ Y, }7 s4 L2 v0 v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

- b" a( j% S3 M, a6 i; |8 ^8 [

& K& Z' O+ I- t使用步骤
. b& R2 e, R: T
6 _$ r2 ?+ @; ?% Y
Step1：AES1模块初始化

: }1 g; Q+ Q( F7 d; x
初始化结构体的pKey，设置为空指针即可


使能AES1时钟

9 _# S* P9 d& ?( L- W4 T$ Q; H
; w2 z( t2 r6 v, DStep2：密钥装载
2 P' c* O6 }' E& g% Q

要在AES1模块disable1的时候 (EN=0)

+ w' c* Q1 X+ ?3 A7 v7 W/ i; \" A
Step3：使用AES1做加解密

: l8 L2 S- M+ ?" f

1. hcryp1.Init.DataType = CRYP_DATATYPE_8B;
   
2. hcryp1.Init.KeySize = CRYP_KEYSIZE_128B;
   
3. hcryp1.Init.Algorithm = CRYP_AES_CBC;
   
4. /* Key will be provided by CKS service */
   
5. hcryp1.Init.pKey = NULL;
   + i0 N' I  C; D0 M) i. r9 a/ a
6. hcryp1.Init.pInitVect = AESIV;
   : N" M, M% s) n- q4 \; F
7. HAL_CRYP_Init (&hcryp1);
   ( E+ B' S+ u. H
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

) R! g% [& C' w, u
# d4 I% f8 G# V+ `1 o) W+ J" q- vLock：

" G" n5 H' S9 q7 R
- s' k& |9 |4 {. O; W& P$ n·SHCI_C2_FUS_LockUsrKey (key_simple_128_idx)
·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
·对该key load的禁止操作，会一直生效直到 下次系统复位
. o! l1 ^' i, _9 j% c; g; j% M
* u5 s: n7 Z  @9 u& o, C. O注意事项：关于后续更新
" |  N. h) ~& A! B3 [1 G

·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
·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
; w2 V7 M, G( s6 w
$ y3 V& g5 v5 Q/ H( }( M, x+ |
' ?& Z+ R, \* z0 p. w6 J

小结

! p8 Y3 t1 T6 v. M7 v6 _/ x+ k( ?

  L* _. l/ ]5 K9 Q: j
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：

  X. G. |" S- `; X/ |% l
7 Y5 T& o- e" J* ]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。

: \4 C5 c2 C+ W: a& w6 C
7 Y/ y7 O- S7 b' k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。



" p3 O3 ]4 t# o: V
# R" n& f8 G) v; o( o6 g2 s


* E$ x+ s# k$ w; i) K/ j6 o2 B

详实、详尽、详细。学无止境！