TPM芯片通信異常問題分析

蘇小峰

摘? ?要：TPM芯片是一種標(biāo)準(zhǔn)的安全加密芯片，能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，防止攻擊者惡意修改數(shù)據(jù)，Z32H320TC是一款支持TPM2.0規(guī)范的可信安全芯片，使用SPI接口進(jìn)行加密，在使用該芯片時(shí)發(fā)現(xiàn)TPM芯片經(jīng)常校驗(yàn)失敗，最終定位是CPU的SPI接口速率過高引起的。文章對(duì)TPM芯片通信異常問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：TPM;SPI;加密;接口速率

Z32H320TC是一款支持TPM2.0規(guī)范的安全芯片，生產(chǎn)廠商國(guó)民技術(shù)宣稱該芯片為世界首款支持中國(guó)密碼算法的芯片，在工業(yè)及民用領(lǐng)域，越來(lái)越多的產(chǎn)品開始使用這款芯片。

1? ? Z32H320TC上電校驗(yàn)失敗

在對(duì)Z32H320TC芯片進(jìn)行打板驗(yàn)證時(shí)，發(fā)現(xiàn)該芯片在進(jìn)行算法校驗(yàn)時(shí)，有的板子可以成功，有的板子會(huì)失敗，不同的板子概率不一樣，有的設(shè)備一直成功。咨詢了TPM芯片廠商的FAE，對(duì)方回復(fù)說華為在某項(xiàng)目中也遇到過類似的問題，最終定位為SPI信號(hào)被干擾。

2? ? 校驗(yàn)失敗問題分析

在發(fā)現(xiàn)問題前期，使用示波器對(duì)芯片的電源進(jìn)行測(cè)量，供電電源3.3 V沒有明顯的波動(dòng)，且電源紋波在±1%范圍內(nèi)。使用示波器測(cè)量芯片復(fù)位管腳上下電狀態(tài)，復(fù)位也正常。芯片的電源和復(fù)位并不是引起校驗(yàn)失敗的主要原因。

使用示波器對(duì)PI_CS_TPM，SPI_CLK，SPI_MOSI，SPI_MISO進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)TPM芯片校驗(yàn)失敗，則SPI_CS_TPM，SPI_CLK，SPI_MOSI，SPI_MISO會(huì)無(wú)持續(xù)數(shù)據(jù)，具體如圖1所示。當(dāng)TPM芯片校驗(yàn)成功，則SPI_CS_TPM，SPI_CLK，SPI_MOSI，SPI_MISO會(huì)有持續(xù)數(shù)據(jù)，具體如圖2所示。

經(jīng)過幾十次波形測(cè)試發(fā)現(xiàn)，如圖3—4所示，只要第4個(gè)周期的數(shù)據(jù)不出現(xiàn)問題，則TPM芯片校驗(yàn)不會(huì)出問題。TPM芯片校驗(yàn)不正確，全都是第4個(gè)周期波形不正常。

經(jīng)過多次觀察錯(cuò)誤/正確數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，第4周期前面的數(shù)據(jù)都是一樣的，只有第4周期出現(xiàn)問題。后續(xù)通過SPI總線分析儀分析的數(shù)據(jù)也可以驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，具體如圖5—6所示。

經(jīng)過多次對(duì)比正確、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，通過軟件寫入的79個(gè)數(shù)，一直都是正確的，也就是無(wú)論TPM芯片是否校驗(yàn)成功，CPU寫入的79個(gè)數(shù)通過SPI總線分析儀分析后，都寫入正確。TPM芯片校驗(yàn)不正確時(shí)，總是出現(xiàn)在第80個(gè)數(shù)據(jù)。

3? ? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

無(wú)論TPM校驗(yàn)是否正確，SPI總線上前79個(gè)數(shù)據(jù)都是一樣的、正確的，如果是總線問題，每次都是第80個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題有點(diǎn)解釋不通。

總線分析儀可以抓到SPI數(shù)據(jù)，且每次出問題都是SPI總線上的MISO第80個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，即TPM芯片回?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)異常。實(shí)際上SPI的MOSI正常，即CPU芯片發(fā)送數(shù)據(jù)正常。SPI總線能被相關(guān)設(shè)備解析出數(shù)據(jù)，證明SPI總線應(yīng)該還是滿足規(guī)范的。

從總結(jié)的信息來(lái)看，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)都是在同樣的時(shí)間點(diǎn)出問題，此時(shí)開始懷疑是否SPI時(shí)序出現(xiàn)問題，是否是CPU和TPM芯片的SPI總線時(shí)序經(jīng)常對(duì)不上，導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，最終影響TPM芯片的校驗(yàn)。

重新整理驅(qū)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)CPU將SPI總線的速率配置為10 Mbps，對(duì)SPI總線來(lái)說，10 Mbps速率是比較高速的。而TPM芯片手冊(cè)并沒有描述SPI總線速率的相關(guān)信息，后續(xù)通過修改驅(qū)動(dòng)，將CPU的SPI總線速率降為5 Mbps以下時(shí)，TPM芯片再?zèng)]有出現(xiàn)過校驗(yàn)不成功的情況。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)并不是簡(jiǎn)單地把接口連接起來(lái)，同樣都是SPI總線，由于芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)的區(qū)別，有些SPI總線可以支持高速率，有些則不行。在設(shè)計(jì)前期要盡量對(duì)接口總線的性能有所了解，避免產(chǎn)品階段出現(xiàn)問題。

Abstract：TPM chip is a standard secure encryption chip， which can guarantee the security of system data and prevent attackers from modifying data maliciously. Z32H320TC is a trusted security chip of TPM2.0 specification， which uses SPI interface to encrypt. When using the chip， it is found that the TPM chip often fails to check， and the final location is caused by the high rate of SPI interface of CPU. In this paper， the abnormal communication problem of TPM chip is analyzed. In this paper， the abnormal communication problem of TPM chip is analyzed.

Key words：TPM; SPI; encryption; interface rate