篡改檢測、安全性及可靠性

在一定程度上，保持系統簡單就意味著要智能地再利用已有資源，以避免增加設計的復雜性。每個系統都有“重要安全參數（CSP）”的機密，必須保持其完整性，從而確保系統完好無缺。在智能電表或支付終端中，這一CSP是一個密鑰，必須在編程到內存時就得到保護。這就涉及電表多次未通電的情況，通常稱為篡改檢測。根據攻擊者希望得到的最終結果，篡改有多種形式。有時候，黑客僅需要通過破壞設備來中斷運行而并不需要盜取CSP就能夠實現目標。中斷設備運行通常較為簡單，因為其可通過多種方式實現。根據智能電網決策者的一項最新調查結果顯示，中斷設備運行與盜取密鑰所帶來的后果一樣嚴重或者更糟（圖4）。出于這一原因，計量工程師必須像確保安全性那樣付出同樣多的努力確保電表不會被輕易破壞。因此，每個電表都需要進行加密和篡改檢測功能，并且它們需要完美協同工作，以便提供既能減少成本又能使電表在現場運行數十年的出色解決方案。Sentry安全模塊正是應對這一挑戰的最佳方案，因為存儲CSP的理想存儲器是在器件當中，這一存儲器可與模塊內或電表內已有的、用于篡改檢測所必需的傳感器直接相連。而這些傳感器可監控運動、溫度、溫度變化及磁場，甚至燈光，從而能夠幫助防止多種攻擊途徑。通過將所有這些技術集成到與備用電池安全相連的模塊，Sentry安全模塊不僅降低了總體功耗，還將所有的關鍵備份活動集合到單一的優化位置中。這不僅縮小了安全差距，簡化了設計考慮因素，還降低了電表其他區域對極低備用電源的需求。

圖4：智能電網調查

使用新的存儲技術擴展可靠性和安全性

Sentry安全模塊的優點并不僅限于低功率監控。通過采用最新的非易失性RAM(NVRAM)存儲器技術，這類模塊從幾個新的方向擴展了數據保持和分析能力。為使電網變得更為智能和可靠，必須不斷地監控和分析大量運行數據。“智能”電表必須能夠維持備份數據并進行自我分析，從而消除誤差和發現各種跡象。此外，如果這類電表能夠幫助分析系統的總功率和通信健康狀態，這將非常理想。出于這一原因，許多電表制造商通過增加存儲器來幫助追蹤重要的運行數據。閃存或EEPROM等傳統的非易失性存儲器并不理想，因為這些產品的耐受性極低，而且還需要較大的電流。除了這些局限性之外，片上存儲器盡管更便宜也更普遍，但也會消耗大量功率，并需要復雜的等待狀態及合理使用的軟件方案。這降低了整個系統的整體性能和壽命。基于NVRAM(非易失性RAM，如鐵電體RAM(FeRAM)、磁性RAM(MRAM)及相變RAM(PCRAM)等)的新型存儲技術則克服了這些缺點。它們可以在電源不穩定的情況下保持數據，具備較高的寫耐受性，且僅需消耗極低的功率(尤其是FeRAM)。這就意味著NVRAM非常適用于維持和持續分析重要數據。這使系統能在實現低功率和高性能的基礎上收集更多數據，使產品能夠可靠地完成多個同步任務。同時，NVRAM也便于“隨時寫入數據”。這些存儲器的數據寫入過程與RAM很像，因此不需要在記錄數據的過程中終止系統或使用其他寶貴的系統資源，從軟件和系統延遲角度來看非常容易使用。盡管FeRAM在寫入數據時不如傳統的靜態RAM速度快，但它能夠在極低的功耗下達到比閃存快1,000倍的寫速度。此外，FeRAM的寫耐受性為1012個周期，是現有最好閃存產品的1,000,000倍。這使得產品在20年以上的壽命內能夠不斷寫入數據。另外，FeRAM的寫速度和獨特物理性質使其能夠更好地存儲和確保信息安全，比如在篡改檢測事件發生時可擦除或鎖定安全密鑰和密碼。

縮小差距和實現模塊化

Sentry安全模塊旨在解決現代連網基礎設施的安全性和可靠性問題。通過對全球頂尖網絡、計算和數據存儲公司25年多來的大量支持所積累的先進生產能力和專業技術，SMART Modular Technologies也將相同的模塊架構優勢帶入這些基礎設施應用中。作為存儲器模塊和電子子系統的制造專家，除了上述在安全性和可靠性方面的優勢外，SMART還可為客戶帶來多項好處。首先，能夠在制造工廠內進行校準和專業測試簡化了生產過程中一些最耗時、最精細的步驟。這節約了成本，減少了生產商所需的一些再認證過程的風險。其次，將所有低功耗（基于電池的）功能集中并優化到單個模塊意味著為系統其他部分選擇器件會變得更容易，因為在做決定時少了一個標準。最后，選擇像Sentry安全模塊這樣的普通外形尺寸可為設計人員提供針對多種設計的即用解決方案（圖5）。滿足計量精度的ANSI12.20要求取決于精準的“實時時鐘”，Sentry模塊可確保這一點。

圖5：SOIC封裝的非易失性RAM.


圖6：SMART的首款Sentry安全模塊。

Sentry安全模塊從新的角度應對安全問題，不僅僅能夠應對已知的威脅，還有助于提高設備性能，簡化設計和生產。具有高達1MB NVRAM的Sentry安全模塊以低于500nA的平均電池備用電流確保了精確時鐘（誤差小于5PPM）、篡改感應并能應對各種情況，同時可依靠廉價的紐扣電池正常運行30多年（圖6）。此外，該模塊可在由數十個分立IC組成的傳統解決方案之上節省30%的空間。使用具有集成控制的Sentry模塊還可簡化主處理器平臺上維持這些重要功能所需的軟件。不管設備是剛離廠，主電源損耗，還是正在部署中，這一低功耗、始終保持開啟的、簡潔卻靈活的解決方案使SMART模塊能夠幫助提高設計的安全性。所有這些能力意味著產品從最初裝配時就能確保安全性，直到產品超過其預期的運行壽命，并且能夠防范現在很多行業中遭遇的破壞行為。