飛思卡爾C29x加密協(xié)處理器：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全的“門神”

從網(wǎng)銀密碼說起

先來問您一個(gè)問題，您的網(wǎng)銀密碼是多少位的?您可能還需要用手指數(shù)一數(shù)吧?現(xiàn)在越來越多的人使用網(wǎng)上銀行并且進(jìn)行網(wǎng)上購物，而隨之而來的是網(wǎng)絡(luò)犯罪率的迅速增長。人們對于網(wǎng)絡(luò)安全的防范意識正在逐步提高(例如增加密碼復(fù)雜度)，使得很多企業(yè)(如社交網(wǎng)站)對于數(shù)據(jù)安全的要求也越來越高。例如，F(xiàn)acebook支持HTTPS協(xié)議加密，谷歌所有的搜索都使用SSL，對所有的郵件都進(jìn)行加密，并且升級為2 048 bit的密鑰。“棱鏡門”事件也使得一些敏感部門(如銀行、政府及國防)對于自身數(shù)據(jù)安全性的要求也更為嚴(yán)格。

針對目前的網(wǎng)絡(luò)安全需求，市場亟需高性能、具有成本效益和低功耗的安全協(xié)處理器，然而目前很少有廠商進(jìn)入這一領(lǐng)域。飛思卡爾利用其在通信處理器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位及30年的嵌入式安全研發(fā)投資，推出了 C29x高性能加密協(xié)處理器，其包括C291、C292和C293 三款產(chǎn)品，它們具有可擴(kuò)展性并且引腳互相兼容。 C29x加密協(xié)處理器為數(shù)據(jù)中心大幅增加的處理數(shù)據(jù)量提供安全性和可擴(kuò)展性，專為企業(yè)和數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的公鑰處理操作而優(yōu)化。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全的“門神”

C29x內(nèi)部框圖如圖1所示，其中集成了Power Architecture e500-v2核、32 bit DDR3/3L、512 KB platform SRAM、安全引擎(SEC)、安全監(jiān)測器、Flash控制器、帶熔絲安全處理器以及各種高速I/O。

圖1 C29x內(nèi)部框圖

C29x的特性主要有以下幾點(diǎn)：高達(dá)32k次的RSA 2 048位私鑰處理性能(C293)，高達(dá)12Gbps AES-HMAC-SHA-1批量加密(系統(tǒng)吞吐量);功率低至5 W(C291);支持兩種使用模式，包括分擔(dān)公鑰事務(wù)(無需外部存儲空間，如圖2(a)所示)和安全密鑰管理模式(作為事務(wù)分擔(dān)加速器，也可以獨(dú)立工作，如圖2(b)所示)。C29x的這個(gè)特性非常重要，使得其可應(yīng)用于單或多芯片PCI-E端點(diǎn)卡配置，或作為獨(dú)立處理器運(yùn)行。每秒公鑰運(yùn)轉(zhuǎn)可超過120K RSA 2 048次，是目前市場份額領(lǐng)導(dǎo)者提供的更為昂貴的PCI-E解決方案性能的3倍之多。

(a) 分擔(dān)公鑰事務(wù) (b) 安全密鑰管理模式

圖2 C29x兩種使用模式

C29x的以上安全特性還要?dú)w功于飛思卡爾可信架構(gòu)，它具有安全引導(dǎo)、竄改檢測功能，另有電池后備密鑰可選，通過可信引導(dǎo)過程可以保證代碼的完整性。安全引導(dǎo)的硬件狀態(tài)圖如圖3所示，從圖中紅色部分我們可以看到該安全引導(dǎo)的嚴(yán)密性，是否讓你感覺C29x有足球運(yùn)動(dòng)中“門神”的功能呢?

圖3 安全引導(dǎo)的硬件狀態(tài)圖

升級加密的不二之選

如今IP安全協(xié)議、SSL(現(xiàn)在升級為TLS)以及網(wǎng)絡(luò)存取控制(NAC)無所不在。都是用非對稱密鑰(公鑰)作為認(rèn)證和密鑰交換，而公鑰需要依靠CPU的大量計(jì)算。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)提議從RSA 1 048 bit提升至RSA 2 048 bit加密，事實(shí)上，RSA 1024 bit密鑰已經(jīng)在2013年逐漸被淘汰，而RSA 2 048 bit密鑰需要4倍以上的計(jì)算能力?？蓴U(kuò)展的安全協(xié)處理器有望針對網(wǎng)絡(luò)安全一系列應(yīng)用發(fā)揮重要作用。飛思卡爾的C29x 系列在功耗及性能方面均具有可擴(kuò)展性。C29x旨在加速 RSA(達(dá)4k密鑰大小)、Diffie Hellman及橢圓曲線加密(ECC)算法，無論應(yīng)用于大的數(shù)據(jù)中心刀片或硬件安全模塊，C29x加密協(xié)處理器都實(shí)現(xiàn)了散熱受限設(shè)計(jì)的最低功耗。

諸如RSA、Diffie Hellman以及ECC等公鑰算法是數(shù)字簽名和密鑰交換協(xié)議的基礎(chǔ)，讓安全事務(wù)處理成為現(xiàn)實(shí)。通過加速公鑰處理速度，C29x系列器件讓網(wǎng)絡(luò)能夠在SSL和IPsec等需要公鑰的流量激增的情況下，更高效地?cái)U(kuò)展。根據(jù)安全事務(wù)的多少進(jìn)行擴(kuò)展是非常困難的，因?yàn)槿绻密浖?zhí)行公鑰匹配，會迅速耗盡常規(guī)用途處理器的處理能力。由于針對公鑰進(jìn)行了優(yōu)化，C29x系列器件還可以加速AES‐HMAC‐SHA‐1批量加密任務(wù)，集成了高達(dá)12Gbps的批量加密。

之前強(qiáng)調(diào)的只是網(wǎng)絡(luò)安全性，而這只是目前網(wǎng)絡(luò)形勢的一大方面，另一大趨勢是數(shù)據(jù)量特別是移動(dòng)數(shù)據(jù)的爆炸性增長。思科2013年發(fā)布的預(yù)測指出，未來四年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將增長13倍，思科全球云端指數(shù)(2012-2017)預(yù)測，全球云端流量將以35%的年復(fù)合成長率增長。將C29x加密協(xié)處理器與飛思卡爾QorIQ T系列通信處理器(如T2080、T4240系列)一起使用，將保證大數(shù)據(jù)時(shí)代的安全性，實(shí)現(xiàn)“魚”和“熊掌”兼得。