物联网安全芯片需求和应用白皮书_21页_986kb

报告摘要

物联网安全芯片需求和应用白皮书总结

核心内容概述

本白皮书由中国移动通信集团有限公司研究院和中移物联网有限公司联合发布，旨在分析物联网终端的安全特性与安全需求，探讨安全芯片在物联网业务领域的应用与性能要求，指导终端厂商和系统服务商合理选用安全芯片，提升整体物联网业务系统的安全性。

主要观点

物联网设备数量庞大、形态多样，其安全问题日益突出，可能引发严重后果，包括人身伤害、公共基础设施破坏和国家安全风险。
安全芯片通过硬件实现独立的存储与运行环境，具备密码计算、随机数生成和抗物理攻击等能力，是保障物联网终端和业务系统安全的关键手段。
物联网终端面临多种安全需求，包括接入安全、业务安全和数据安全，需根据不同场景选择合适的安全方案。
安全芯片在物联网中的应用需考虑其性能、功耗、成本和集成难度，同时需满足国家法律、行业规范和技术标准的要求。

关键信息

1. 安全芯片产业现状

安全芯片简介
安全芯片是一种提供安全存储、运算、密码算法计算和随机数生成能力的硬件元器件，具备物理安全防护机制。
安全芯片类型
- 可插拔独立安全模块：如TF密码卡、UKey，适用于通用终端，成本高，集成稳定性低。
- 嵌入式独立安全模块：如eSAM，适用于专用终端，集成难度高，成本低。
- 内置非独立安全模块（inSE）：集成于终端芯片中，占用独立CPU核，具有性能高、功耗低、成本低等优点，适用于未来物联网场景。
接口类型与性能
主流接口包括7816、SD、SPI、I2C、USB等，不同接口对性能影响较大，如USB3.0理论速率可达4.8Gbps。
安全芯片分级
国家密码管理局将安全能力分为四级，从一级到四级，物理安全机制和访问控制要求逐步增强，适用于不同安全等级的物联网系统。

2. 安全芯片相关政策

国家法律
《中华人民共和国网络安全法》要求关键信息基础设施使用硬件密码产品进行信息安全保护。
行业规范
- 金融行业：要求2013年起商业银行发行金融IC卡，安全芯片是其核心组件。
- 卫生行业：《居民健康卡管理办法（试行）》推动居民健康卡实现“一卡通”，安全芯片用于身份识别和数据保护。
技术标准
- GB/T 35273-2017：对个人敏感信息传输和存储提出加密等安全要求。
- GB35114-2017：规定公共安全视频监控系统需采用硬件实现更高等级安全能力。
- GM/T0054-2018：要求三级及以上等保系统使用符合标准的安全模块或硬件密码产品。

3. 安全芯片应用现状

安全芯片在智能手机中已广泛应用，用于身份认证、数据保护、可信执行环境（TEE）等。
TEE与安全芯片结合使用，可提供更安全的密钥存储和运算环境，实现端到端安全传输。
安全芯片也广泛用于金融卡、交通卡、通信模组等，保障支付和通信安全。

4. 物联网安全芯片需求

物联网终端安全特性
- 终端类型繁多：包括通用智能终端（如无人机、机器人）和简单功能终端（如传感器、水电气表）。
- 接入方式多样：有线、远距离无线（如2/3/4/5G）、短距离无线（如WiFi、Zigbee、蓝牙）等。
- 业务场景丰富：涵盖智能家居、智能医疗、智能制造、车联网等。
- 应用环境复杂：终端可能部署在偏远或无人值守区域，需具备抗物理攻击和抗篡改能力。
接入安全需求
- 需要终端与业务平台进行双向认证和安全通信。
- 安全芯片可提供安全存储和计算环境，构建安全通道，保障端到端业务传输安全。
- 3GPP Release6提出GBA标准，Release15推出BEST方案，Release16研究AKMA方案，以支持物联网设备在5G网络下的安全接入和通信。
业务安全需求
- 唯一标识需求：安全芯片可生成唯一、不可预测的随机数，用于终端身份标识。
- 数据源认证需求：通过私钥签名和公钥验签，确保数据来源的真实性。
- 业务传输机密性保护：安全芯片可实现终端与平台之间的端到端加密传输。
- 业务传输完整性保护：通过安全芯片的完整性校验机制，防止数据被篡改。
数据安全需求
- 保障终端固件和关键数据的安全，防止非法访问和篡改。
- 利用安全芯片的可信根和密码计算能力，确保系统启动和升级过程的安全。

5. 安全芯片应用建议

保密通信
- 安全芯片可提供加密算法运算、证书和私钥安全存储、随机数生成等能力。
- 对于VoLTE加密电话，对称算法处理性能需达到数mbps级别，以支持视频加密通信。
车联网通信
- 安全芯片可实现终端身份认证、消息加密与完整性校验。
- 针对V2V、V2I等场景，需具备高性能非对称算法处理能力，以满足低时延、高可靠性的需求。
智能家电
- 安全芯片用于设备身份认证和传输加密，保护用户隐私和数据安全。
- 由于智能家电业务对算法性能要求不高，主要需支持对称、非对称及国密算法。
- 随着GDPR等法规实施，安全芯片有望成为智能家电的标配。

结构与性能要求

安全芯片需满足性能、功耗、成本、接口类型、存储空间等多方面要求。
根据业务需求，选择合适的芯片形态（可插拔、嵌入式、inSE）和安全等级（一级至四级）。
在物联网终端中，安全芯片应作为系统信任根，构建安全的系统运行环境，保障业务数据和应用的安全。

总结

安全芯片是保障物联网终端和业务系统安全的重要硬件手段，具备独立的安全存储、运行环境和密码计算能力。随着物联网的快速发展，安全芯片的应用需求日益增长，尤其在车联网、智能家电、金融支付等领域，其性能、功耗、成本和集成方式需与具体业务场景相匹配。建议在物联网业务发展过程中，同步推进安全芯片的应用，以构建更加安全的终端和业务系统环境。

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