痞子衡嵌入式：SNVS Master Key僅在i.MXRT10xx Hab關閉時才能用於DCP加解密

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　　你們好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給你們介紹的是i.MXRT系列中數據協處理器DCP使用SNVS Master Key加解密的注意事項。

　　i.MXRT不只僅是處理性能超強的MCU，也是安全等級極高的MCU。若是你們用過痞子衡開發的一站式安全啓動工具 NXP-MCUBootUtility，應該會從其 用戶手冊 3.3節中瞭解到i.MXRT支持的幾種安全啓動等級，其中HAB加密啓動方式和BEE/OTFAD加密啓動方式中都說起了一種神祕的密鑰 - SNVS Master Key，今天痞子衡就跟你們聊聊這個密鑰用於DCP模塊的注意事項（文中僅以i.MXRT1060爲例，其餘RT10xx型號或許有微小差異）。

1、DCP模塊簡介

　　先來給你們科普下DCP模塊，DCP是Data Co-Processor的簡稱，從名字上看是個通用數據協處理器。在i.MXRT1060 Security Reference Manual中有一張系統總體安全架構簡圖，這個簡圖中標出了DCP模塊的主要功能 ：CRC-32算法、AES算法、Hash算法、類DMA數據搬移。

　　看到DCP支持的功能，你就能明白其模塊命名的由來了。本質上它就是一個數據處理加速器，若是說CRC-32/Hash算法只是算出一個結果（下圖中Mode3），而AES算法則是明文數據到密文數據的轉換（存在數據遷移，下圖中Mode2），DMA式數據搬移則更明顯了（下圖中Mode1），DCP內部集成了memcopy功能，能夠實現比普通DMA方式效率更高的內存到內存數據塊搬移，memcopy功能還支持blit模式，支持傳輸矩形數據塊到frame buffer用於LCD顯示。

　　咱們今天主要是聊DCP的AES加解密功能，其支持AES-128算法，包含Electronic Code Book (ECB)和Cipher Block Chaining (CBC)模式，算法標準符合 NIST US FIPS PUB 197 (2001)規範，AES運算的最小單元是16字節。

2、DCP-AES密鑰來源

　　對於加解密而言，一個很重要的特性就是密鑰管理。DCP的AES密鑰（長度均爲128bits）來源很豐富，按性質可分紅四類：

• SRAM-based keys: 用戶自定義的存放於SRAM中的密鑰，最終會被寫入DCP的KEY_DATA寄存器中，最多四組。
• Payload key: 用戶自定義的跟加解密數據放一塊兒的密鑰，操做時DCP直接解析。
• eFuse SW_GP2 key: 用戶燒錄到eFuse SW_GP2區域的密鑰，可鎖定住讓軟件沒法訪問，但DCP可經過內置專用途徑獲取到。
• SNVS Master key: 芯片出廠時預存的惟一密鑰，密鑰值沒法獲知，DCP可經過內置專用途徑獲取到。

　　選用SRAM-based keys和Payload key僅須要在DCP模塊內部配置便可，而選用eFuse SW_GP2 key和SNVS Master key則要在以下IOMUXC_GPR寄存器中額外設置。

　　IOMUXC_GPR_GPR10寄存器用於選擇Key是來自eFuse SW_GP2仍是SNVS Master Key：

　　IOMUXC_GPR_GPR3寄存器用於選擇Key是來自SNVS Master Key（總256bits）的低128bit仍是高128bit（注意此寄存器對eFuse SW_GP2其實不生效，由於SW_GP2僅128bits）：

3、什麼是SNVS Master Key？

　　SNVS全稱Secure Non-Volatile Storage，它既是DCP的配套模塊，也是芯片系統的安全事務監測中心。它可以提供一個獨特的Master Key給DCP模塊，這個Master Key可有三種產生方式（在SNVS_LPMKCR中設置）：

• OTPMK：這種就是直接使用eFuse裏出廠預燒錄的OTPMK（256bits），這個OTPMK是每一個芯片惟一的，而且被鎖住了軟件不可訪問。
• ZMK：這種是利用存在SNVS_LP ZMKRx寄存器組中的密鑰，該祕鑰可由用戶寫入，此密鑰在芯片主電源斷掉時會繼續保留（由於在LP域可由鈕釦電池供電），在芯片受到安全攻擊時密鑰會被自動擦除。
• CMK：前二者組合後的Key，即OTPMK和ZMK的異或結果。

　　通常來講，使用最多的SNVS Master Key就是默認的OTPMK。

4、兩種DCP驅動

　　關於DCP模塊的驅動，在下載的芯片SDK包裏有兩種：

• ROM版本：\SDK_2.x.x_EVK-MIMXRT1060\devices\MIMXRT1062\drivers\fsl_dcp.c
• SDK版本：\SDK_2.x.x_EVK-MIMXRT1060\middleware\mcu-boot\src\drivers\dcp\fsl_dcp.c

　　middleware裏的DCP驅動是ROM team負責的，他們是在芯片Tapeout以前寫的，屬於早期驅動；device包裏的DCP驅動纔是SDK team負責的，是芯片Tapeout以後寫的，是正式版本。

　　兩版驅動都實現了AES加解密，不過代碼風格不一樣。好比ROM版本驅動的dcp_aes_ecb_crypt()函數同時支持加密和解密模式，而在SDK版本驅動裏則分紅兩個函數：DCP_AES_EncryptEcb() - 加密 、DCP_AES_DecryptEcb() - 解密。

5、DCP正確獲取SNVS Master Key

　　前面鋪墊了那麼多，終於來到正題了。DCP模塊如何拿到正確的SNVS Master Key？讓咱們以\SDK_2.x.x_EVK-MIMXRT1060\boards\evkmimxrt1060\driver_examples\dcp 例程來作個測試。

　　這個dcp例程演示了五種DCP工做模式，咱們就測試第一種TestAesEcb()，將宏DCP_TEST_USE_OTP_KEY改成1，即便用OTPMK低128bits做爲DCP的密鑰：

#define DCP_TEST_USE_OTP_KEY 1 /* Set to 1 to select OTP key for AES encryption/decryption. */

int main(void)
{
    dcp_config_t dcpConfig;

    // ...

    /* Initialize DCP */
    DCP_GetDefaultConfig(&dcpConfig);

#if DCP_TEST_USE_OTP_KEY
    /* Set OTP key type in IOMUX registers before initializing DCP. */
    /* Software reset of DCP must be issued after changing the OTP key type. */
    DCP_OTPKeySelect(kDCP_OTPMKKeyLow);
#endif

    /* Reset and initialize DCP */
    DCP_Init(DCP, &dcpConfig);

    /* Call DCP APIs */
    TestAesEcb();

    // ...
}

　　在初始芯片狀態（Hab Open）下，使用J-Link下載工程進RAM直接單步調試看一看，在執行完DCP_AES_EncryptEcb()函數後查看cipher[]數組，能夠看到其值爲0xCF, 0x2E, 0xA3...，好吧咱們根本不知道SNVS Master Key究竟是多少，因此這個密文是否正確也無從知曉。

　　既然沒法得知SNVS Master Key，那咱們作個小實驗，使用SRAM-based keys來作一次加密，密鑰姑且設個全0吧，再看一下結果，你發現了什麼，cipher[]的值是否是很熟悉？跟以前SNVS Master Key加密的結果一致，難道這顆芯片的SNVS Master Key是全0？想一想不可能，確定是流程哪裏出了問題！

　　如今讓咱們再回憶 MCUBootUtility 用戶手冊裏關於測試HAB加密以及BEE/OTFAD加密使用SNVS Master Key的前提條件，是的，芯片狀態須要先設置爲Hab Close，好，讓咱們如今在eFuse裏將SEC_CONFIG[1:0]設爲2'b10（Hab Close），而後再次使用J-Link調試進去看一看，怎麼回事？cipher[]值依舊是0xCF, 0x2E, 0xA3...

　　上面的測試對TestAesEcb()函數作了一個簡單的修改，將cipher[]值經過串口打印出來，那咱們就將程序經過NXP-MCUBootUtility下載到Flash裏由ROM來啓動運行吧（退出調試狀態），咱們再來看串口打印，哈哈，終於值變了，這意味着DCP終於拿到了正確的SNVS Master Key(非0)。

　　總結一下，SNVS Master Key僅在芯片Hab狀態是Close而且非調試狀態下才能被DCP正常獲取，不然DCP獲取到的是全0的假Key。

　　至此，i.MXRT系列中數據協處理器DCP使用SNVS Master Key加解密的注意事項痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裏~~~

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