加密芯片的全方位解析

一、加密芯片的来源及工作流程

在当今数字化时代，加密芯片的应用愈发广泛。市面上的加密芯片，大多基于某款单片机，借助I2C或SPI等通讯方式，运用复杂加密算法来实现加密功能。其工作流程大致如下：首先，主控芯片生成随机码，这一随机码是后续加密过程的基础，为加密的随机性和安全性提供保障。接着，主控芯片将明文发送给加密芯片，加密芯片接收到明文后，会通过内置的加密算法对其进行加密，从而生成密文。之后，加密芯片把密文返回给主控芯片，主控芯片再对密文进行解密生成解密值。最后，主控芯片会将解密值与之前发送的明文进行对比，如果比较值一致，则认证通过；若认证不通过，系统可进行关机操作等处理。通常，用户需要集成加密芯片商提供的解密库文件，并调用指定库文件接口来实现解密。目前，市面上的加密芯片种类繁多，价格范围从几毛钱到十几块钱不等，不同价格的加密芯片在性能、功能和适用场景上也存在差异。

二、不同类型加密芯片的主要区别

加密算法实现不同

各种加密芯片都是厂家根据自身需求，选择自己偏好的加密算法，对其进行更改适配，或者直接使用自定义的算法进行加密。常见的加密算法有SHA - 256、DES、AES、SM1、SM4、RSA、SM2、SM3等。不同的加密算法在安全性、运算速度和适用场景上各有特点。例如，SHA - 256算法常用于数据完整性验证，它能将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值，具有较高的安全性；而AES算法则以其高效的加密和解密速度，在数据加密领域得到广泛应用。

封装不同

常见的加密芯片封装有SOT - 23 - 3、SOT23 - 6、SOP - 8、SOIC - 8等。封装形式的选择与板段的设计密切相关。不同的封装形式在尺寸、引脚数量和布局等方面存在差异，这会影响芯片在电路板上的安装和使用。例如，SOP - 8封装的芯片引脚相对较多，适合需要较多接口的应用场景；而SOT - 23 - 3封装的芯片尺寸较小，适合对空间要求较高的小型设备。

其他区别

传输协议也是加密芯片的一个重要区别因素，常见的传输协议有I2C、SPI、UART等，有些厂家还会使用自定义协议。不同的传输协议在传输速度、可靠性和兼容性上有所不同。例如，I2C协议具有简单、成本低的特点，适用于短距离、低速的数据传输；而SPI协议则具有较高的传输速度，适合对数据传输速率要求较高的应用场景。此外，一些加密芯片还在防篡改检测、防止外部恶意攻击等方面存在差异。

三、不同层次加密芯片特点

简单低成本加密芯片

以武汉瑞纳捷RJGT102为例，这类芯片内部采用纯硬件的逻辑电路实现加密功能。其原理是相互之间存放一样的密钥，通过IIC（也可使用其他通信协议）接口进行数据互换。在数据互换之前，会运用一些加密算法，如SHA - 256，对密钥进行加密，以防止在IIC数据线上被抓取数据规律。这种加密芯片成本较低，适用于对成本敏感且对加密要求不是特别高的应用场景，如一些简单的儿童数码玩具等。

保护作用更强的加密芯片

像武汉瑞纳捷RJMU401这类芯片，保护作用更为强大，但成本也相对较高。它通常自带一个处理内核，并有一定的存储空间，可以将其他MCU的部分程序或者主要数据、算法放入其中。芯片中会有多种加密算法保护这些数据和代码，如DES、AES、SM1、SM4、RSA、SM2、SM3等。同时，此类芯片还具备防篡改检测电路和防止外部恶意攻击的措施，主要用于防止破片抄袭，适用于对数据安全要求较高的应用场景，如安防设备、行车记录仪等。

高端加密芯片

高端加密芯片主要用于保护互联设备、无线设备。除了具备上述两类芯片的特点外，还需要有一定的鉴权中心，提供密钥管理设备，用于密钥的产生和销毁。密钥由密钥网关分发到加密芯片，从而实现远程、不定时的更换密钥。这种动态的密钥管理方式大大提高了加密的安全性，适用于对安全性要求极高的应用场景，如金融支付设备、通信基站等。

四、加密芯片的市场应用

加密芯片一般广泛应用于各类电子产品，主要作用是防止抄板和破解。在消费电子领域，相机、监控摄像头、平板电脑等产品都离不开加密芯片的保护。例如，相机中的加密芯片可以防止拍摄的照片和视频被非法复制和传播；监控摄像头中的加密芯片可以保证监控数据的安全性，防止数据被窃取或篡改。在儿童数码玩具领域，加密芯片可以防止玩具程序被破解，保障儿童使用的安全性。在汽车电子领域，行车记录仪中的加密芯片可以确保记录的行车数据不被篡改，为交通事故的判定提供可靠依据。在安防领域，加密芯片在安防设备、对讲机、会议系统等产品中发挥着重要作用，保障了信息的安全传输和存储。此外，在行业工控机等产品中，加密芯片也能有效防止程序被非法复制和修改，保障工业生产的安全和稳定。

五、加密芯片的选择要点

安全性

不同加密芯片的安全性主要取决于所选单片机、加密芯片开发人员以及加密方式的实现。只要加密芯片在实现方式上没有很大漏洞，且加密算法不过于简单，所选加密芯片基本会有一定的安全性。在选择加密芯片时，要关注芯片的加密算法是否先进、是否经过专业的安全测试等。

私有密钥

加密芯片最好选择有私有密钥的，这样针对不同客户的加密芯片就会有区别，提高了加密的针对性和安全性。私有密钥可以为每个客户的加密芯片提供独特的加密方式，防止通用破解方法的攻击。

加密性

如果可能，可以与加密芯片提供方要求，在原有加密算法基础上，集成一部分自己的数学运算进入到加密芯片算法内，以提高加密性。通过这种方式，可以增加加密算法的复杂度，提高破解的难度。

认证速率

如果对认证速率有要求，最好选择认证速率相对较快的芯片，这样不会影响到开机速度和系统运行。对于一些需要快速启动和响应的设备，如游戏机、教育机等，认证速率快的加密芯片可以提高用户体验。

六、市场主流加密芯片简析

ATMXXX公司的AT8xxxx等

ATMXXX是一家国际大型IC厂商，其设计的加密芯片功能比较完善。硬件平台自身加入了不少防止破解的机制，内部有硬件加密协处理器，同时具备安全存储功能。然而，国外产品存在水土不服的问题。其认证鉴权方案有适用环境限制，主机与加密芯片互持相同密钥，基于对称算法对主机端产生的随机数进行加密，并在主机端比对结果。但将与安全直接相关的重要数据（密钥）存储在不安全的主机端CPU中，并在其中进行身份审核，存在一定的安全隐患。

neoXXX公司的ALxxxx系列

neoXXX公司的芯片，其SOT23的封装具有一定优势。从目前市面上的破解信息来看，很难通过侵入式攻击手段将其芯片内的数据读出。ALPxxx的芯片属于asic类型，破解加密芯片本身比较困难，再加上其独特的密钥管理方式，破解里面的密钥也不现实。其I2C的通讯接口保证了通讯稳定性，用户开发上手快。该公司宣称可为各个客户定制不同的密钥，芯片自身具备唯一硬件ID，待机功耗相对较低。但同样存在将重要数据存储在不安全的主机端CPU中进行身份审核的问题，容易被绕过身份审核对比点实现破解。

凌科XXX公司的LKTXXXX系列

凌科XXX是一家国内公司，在加密行业有着十几年的历史，名气不小，应用领域广泛。该公司的LKTxxxx芯片类型较多，封装类型也丰富，有SOP8、DIP8、QFN、DFN8等。从芯片安全角度来看，LKTXXX系列安全芯片在硬件结构以及加密方案上与前两家有所区别，为用户提供了更多的选择。