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STM32L5的SFI(安全固件烧录)介绍和演示

欢迎大家继续关注STM32L5的课程，今天介绍STM32L5上的SFI。

SFI，固件的安全烧录
在不可信烧录产线安全地进行固件烧录

今天来和大家分享一下ST推出的一个安全服务：SFI，全称Secure Firmware install。
它解决STM32芯片，在不可信产线进行批量生产时的安全问题

所谓安全烧录，这里要解决两大“安全” 问题：第一，OEM开发的固件，在第三方产线不会被窃取，造成知识产权的泄露，也不会被恶意或者无意篡改。第二，不会发生过量生产的情况。比如，OEM要求产线烧录500K芯片，产线就不能烧录550K芯片，额外留50K作为所谓“原单货”。这些都是由STM32芯片在出厂前就由ST预置好的Secure bootloader以及每个芯片公私钥对来保证的。由于有STM32芯片私钥的参与，想把OEM固件烧录到引脚和功能全面兼容的其他厂家芯片上也是不可能的了。

SFI，它不是跑在STM32芯片上的固件，也不是一个PC端工具软件，而是一整套服务。由芯片硬件、工具软件和硬件工具三方面组成。
在芯片端，要能使用SFI服务，STM32需要在出厂前由ST预置Secure bootloader这个固件，以及由ST预先烧好每颗芯片的私钥以及包含其对应公钥的数字证书。
不是随便买一批次STM32芯片，就能使用SFI这个服务的。STM32L5是个例外，所有出厂的STM32L5已经预置了以上信息，因此全系列都支持SFI。后面我们会专门讲一下哪些芯片缺省支持该服务，哪些需要用户提出要求来让ST加入该服务的硬件支持。

OEM固件在不可信烧录产线不会被盗取，是因为OEM给到烧录厂家的是OEM固件的密文，由OEM固件经过AES128-GCM运算得到的结果，因此可以同时保证固件的机密性和完整性。在产线现场，无论是通过USB、USART等通信端口，还是通过JTAG、SWD等调试端口，在这些线上传递的0、1序列都是OEM固件的密文。因此在OEM侧，需要一个软件工具对开发出来的OEM固件做签名和加密。ST现在提供的工具软件叫做：Trusted Package Creator，是在安装STM32CubeProgrammer的时候，由用户勾选一起安装的。烧录上位机，大家熟悉和常用的有STVP，STLINK Utility，但是目前支持SFI功能的是STM32CubeProgrammer。

硬件工具方面，除了常用的和STM32CubeProgrammer搭配使用的STLINK，还需要一个叫做HSM的硬件。它的作用是把OEM固件的加解密密钥和OEM授权烧录的次数，安全地的给到产线现场使用。OEM固件的加解密密钥是需要保密的，因此需要一个安全的方式从OEM给到产线现场，再烧录到STM32芯片里。这样，STM32芯片收到了OEM固件密文，又有OEM固件的加解密密钥，才可以对OEM固件密文进行解密，把明文烧到STM32的用户Flash上。HSM的全称是hardware secure module，目前ST是以一张智能卡的形式提供。SFI这一整套服务的详细介绍，大家可以移步ST全球官网 www.st.com/stm32hsm。

接下来我们简要介绍一下客户使用SFI的操作流程，之后还会有具体操作演示。
SFI服务，需要ST、OEM、烧录厂家的三方参与。按照时间顺序：首先，OEM找ST购买支持SFI服务的STM32芯片，即预置了secure bootloader以及芯片公私钥对的STM32。还要购买HSM，这张智能卡里面预置了ST的公钥。

OEM把开发好的固件，使用Trusted Package Creator进行加密，得到OEM固件密文。然后OEM把刚才用到的这个密钥写到HSM中，同样使用Trusted Package Creator这个工具软件。一个HSM只能配置一个OEM固件密钥。OEM还需要往HSM里配置这张卡片允许烧录芯片的次数。一旦配置过，用户就无法再修改配置了。OEM密钥存储在HSM这个智能卡里，是无法非法读出来的；卡片当前还能烧写的次数，也呈只读状态。大家可能有点奇怪，使用STM32CubeProgrammer和STLINK烧写芯片就好了，HSM卡片怎么能限制烧录次数呢？SFI的烧录和普通烧录不一样。刚才已经说了，通过USB或者JTAG线下载到芯片里的是OEM固件密文，以及经过加密的密钥。密钥本身，是由OEM在自己安全的环境下写到了HSM中的，在产线环境中烧录器上位机需要HSM的操作来对密钥进行加密，再由USB或者JTAG线下载到芯片里。因此，通过限制HSM对OEM密钥进行加密的次数，从而限制在产线能够烧录STM32芯片的次数。

OEM把配置好的HSM小卡片，固件密文、以及芯片给到烧录厂家。烧录厂家使用HSM、烧录器STLINK，搭配支持SFI的烧录上位机STM32CubeProgrammer就可以把OEM固件安全烧到芯片中，避免OEM固件被窃取，被篡改，以及被过量生产。

截止目前为止，2020年10月，缺省支持SFI的芯片，如胶片中表格二所示。大家可以查询最新版本的AN4992，里面会对支持SFI的芯片芯片做及时更新。
不在列的芯片，如果客户需要SFI，可以联系ST提供定制服务。

接下来我们针对STM32L5的SFI过程，做一个实际操作的演示。

STM32L5上的SFI操作演示视频

再来看一个在L5芯片上的SFI操作过程，我们准备通过SFI往L5烧写一个带trustzone的gpio toggle程序。我们使用L552 nucleo板。先检查一下芯片上的写保护都去掉了。虽然我们将要烧写的是一个带TrustZone的例子，但是芯片此时可以处在TZEN=0的状态。【操作CubeProgrammer看一下】

我手里已经拿到了ST的这张HSM智能卡。它之前已经配置过OEM固件密钥了，我们现在可以读一下它的状态信息，可以使用Trusted Package Creator的图形界面，也可以使用命令行来读取。
打开Trusted Package Creator的图形界面，我们在这里操作，对我准备好的固件加密并签名。
生成sfi文件时需要特别注意，指定的csv格式的选项字节设置，必须把读保护级别设置到RDP 0.5及以上等级。【操作看一下csv文件】

准备工作就绪，我们打开命令窗口。目前，STM32CubeProgrammer仅支持命令行做SFI操作。
观看板子运行状态，分别属于Secure世界和Non-secure世界的蓝色和黄色两个LED交替闪烁
再看一下HSM当前状态，剩余烧写次数自减1

我们使用了分别使用了系统BL的USB接口，以及SWD调试接口，对L552演示了SFI的全过程。表格中列出了当前，不同芯片系列支持的SFI接口。

另外，之前提到的HSM小卡片，就是图中白色这张，一个和我们信用卡一样大小的智能卡。把照片放出来给大家一个直观的认识。

那么，关于STM32的SFI安全服务的介绍就到此为止，谢谢大家。