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STM32N6マイコンのセキュリティ


コード改ざん防止とブートローダの運用


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STM32N6マイコンのセキュリティ機能

図1　STM32N6は組み込みシステムにおけるセキュリティを重視したマイコン．CPUはArm TrustZoneに対応し，SecureとNon-Secureを切り替えられる


STM32N6シリーズは組み込み向けの高性能マイコンであり，セキュリティ面でも多層的な保護機能を備えています．特にコード改ざん防止と安全なブートローダ運用が重視されており，ハードウェアとソフトウェアの両面で対策が施されています．ARM TrustZoneを活用したTrusted Firmware-M（TF-M）が利用可能で，セキュア・ブートやセキュア・ストレージ，暗号化処理をサポートします．TF-MはPSA認証済みであり，信頼性のあるセキュリティ基盤を提供します．

暗号化アルゴリズムとしてはAESがハードウェア・レベルで実行可能であり，RSAやECCといった公開鍵演算のためにPKA（Public Key Accelerator）が実装されています．消費電力解析（DPA）攻撃に対する耐性や，信号の改ざんを検出するアクティブ・タンパ機能も備わっており，セキュアな実行環境が維持されます．

コード改ざん防止と鍵管理

ブート・コードの改ざんを防ぐために，STM32N6では暗号化されたコードを直接実行するしくみをもっています．鍵やライフサイクル情報はOTP Fuseに格納され，一度書き込むと変更できないため安全性が確保されます．さらに，ブートローダやアプリケーションの署名検証のために，専用の署名フローが用意されています．

  1. STM32 Keygenツールで公開鍵と秘密鍵を生成
  2. STM32 Signingツールでバイナリに署名を付与
  3. FSBLに署名付きヘッダを追加
  4. OTPに公開鍵を格納
  5. FlashにFSBLと署名済みバイナリを書き込み
  6. BootROMが起動時に署名を検証

このプロセスによって，改ざんされたコードはブート段階で拒否されるため，信頼できる実行環境が維持されます．署名を行わない場合でもヘッダの付与が必要であり，Flashに書き込むすべてのコードは検証可能な形式で準備する必要があります．

OEMuROTによるセキュア・ブート

STM32N6では，OEMuROT（OEM updatable Root of Trust）が推奨されるブートローダ実装です．これはFirst Stage Boot Loader（FSBL）として動作し，セキュア・ブートを実現します．さらにSecure Firmware Update機能をもち，署名済みの新しいファームウェア・イメージを検出してアップデートするしくみを備えています．

  1. OTPにOEMuROT公開鍵（OTP_ROT_HASH）を書き込み
  2. OEMuROTバイナリを署名
  3. アプリケーション・イメージを署名および暗号化
  4. Flashに書き込みを実施

これにより，出荷後の製品に対しても安全にファームウェアの更新を適用でき，セキュリティを維持した運用が可能です．メモリ空間はSAUやIDAUによってセキュア領域と非セキュア領域に分割され，アプリケーションの分離実行が実現されます．ブート段階から実行環境全体を保護するしくみにより，STM32N6は高い信頼性をもつセキュリティ・プラットフォームを提供しています．

〈著：ZEPマガジン〉

講師紹介

  • 山田 浩之
  • 2015年　都内電子機器メーカに入社．主にUSB3.1やDisplayPort，MIPI，車載向けSer/Desなど高速インタフェース変換基板の設計開発．回路設計からファームウェア，ソフトウェア開発（C/C++）を担当
  • 2023年　「Y-Logic」として独立開業

著書

  1. タッチパネルLCD搭載！Cortex-M4/M7×500MHz！全部入りキット STM32H747I-DISCO誕生．ZEPエンジニアリング．
  2. ディジタル信号処理入門 FFTスペアナの制作．ZEPエンジニアリング．
  3. ディジタル信号処理入門 再生速度＆音程エフェクタの制作．ZEPエンジニアリング．
  4. STM32H7ハイスペック・マイコンで作るオーディオ・スペクトラム・アナライザ
  5. スピーカ周波数特性テスタの実装．ZEPエンジニアリング．
  6. 世界統一規格新USBType-C攻略DVD（特集）第4部，トランジスタ技術2020年2月号，CQ出版社．
  7. 電池交換不要！消費電流1μA未満のソーラ充電式導通チェッカ，トランジスタ技術2020年10月号，CQ出版社．
  8. AVRでサクッとマイコン開発（特集すべて），トランジスタ技術2021年4月号，CQ出版社．
  9. 3桁表示ミリオーム計の設計・製作，トランジスタ技術2021年6月号，CQ出版社．
  10. 直流バイアス付きコンデンサ容量計，トランジスタ技術2021年11月号-2022年3月号（短期連載），CQ出版社．
  11. 超便利！ICの故障・真贋チェッカの製作，トランジスタ技術2023年3月号，CQ出版社
  12. 作る！わかる！USBType-C＆電源（特集）第1部3-4章，トランジスタ技術2023年6月号，CQ出版社．
  13. 20mVステップUSB可変電源の製作，トランジスタ技術2023年9月号，CQ出版社．
  14. 「大安」「仏滅」を計算する六曜カレンダ回路の製作，トランジスタ技術2024年3月号，CQ出版社．

参考文献

  1. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. 実験しながら学ぶフーリエ解析とディジタル信号処理［Vol.1：フーリエ解析の基本「三角関数」の正しい理解］
  3. ［VOD］Pythonで学ぶ やりなおし数学塾2【フーリエ解析】