Atmel AT88SC0404CA CryptoMemory：高性能安全存儲解決方案

在電子設(shè)計領(lǐng)域，安全存儲一直是至關(guān)重要的一環(huán)。Atmel的AT88SC0404CA作為CryptoMemory家族的一員，為我們提供了一個高性能的安全存儲解決方案。下面就來詳細了解一下這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

AT88SC0404CA擁有4Kbit（512字節(jié)）的EEPROM用戶內(nèi)存，被劃分為四個1-Kbit（128字節(jié)）的區(qū)域。它具備自定時寫周期，支持單字節(jié)或16字節(jié)頁寫模式，并且每個區(qū)域都有可編程的訪問權(quán)限。此外，還有2-Kbit的配置區(qū)、37字節(jié)的OTP（一次性可編程）區(qū)域用于用戶定義代碼，以及160字節(jié)的區(qū)域用于用戶定義的密鑰和密碼。

產(chǎn)品特性

高安全性特性

• 認證協(xié)議：采用64位相互認證協(xié)議（獲得ELVA許可），確保設(shè)備與主機之間的安全通信。
• 加密功能：支持加密消息認證碼（MAC）和流加密，為數(shù)據(jù)傳輸提供安全保障。
• 多密鑰集：具備四組用于認證和加密的密鑰集，以及八組24位密碼，增加了安全性。
• 防護機制：擁有防撕裂功能、電壓和頻率監(jiān)測器，防止數(shù)據(jù)在異常情況下丟失。

智能卡特性

• 協(xié)議支持：支持ISO 7816 Class B（3V）操作和ISO 7816 - 3異步T = 0協(xié)議（Gemplus?專利），適用于智能卡應(yīng)用。
• 多應(yīng)用支持：多個區(qū)域、密鑰集和密碼可用于多應(yīng)用場景。
• 快速初始化：同步2線串行接口可實現(xiàn)更快的設(shè)備初始化。
• 可配置ATR：可編程的8字節(jié)復(fù)位應(yīng)答寄存器（ATR）。
• 兼容性：符合ISO 7816 - 2標(biāo)準的模塊。

嵌入式應(yīng)用特性

• 低電壓供電：工作電壓范圍為2.7V - 3.6V，適合嵌入式系統(tǒng)。
• 安全存儲：為敏感系統(tǒng)或用戶信息提供安全的非易失性存儲。
• 高速接口：2線串行接口（TWI，5V兼容），最高支持1.0MHz的操作頻率。
• 標(biāo)準封裝：采用標(biāo)準的8引腳塑料封裝，符合環(huán)保要求（超過RoHS標(biāo)準），且引腳配置與Atmel? AT24CXXX串行EEPROM相同。

高可靠性

• 耐久性：擦寫次數(shù)可達100,000次。
• 數(shù)據(jù)保留：數(shù)據(jù)可保留10年。
• ESD保護：最小靜電放電保護為2,000V。

引腳分配與配置

AT88SC0404CA提供了不同模塊的引腳分配，包括ISO模塊、TWI模塊、SOIC、PDIP、TSSOP和Mini - MAP等。其引腳配置清晰，如VCC為電源電壓，GND為接地，SCL/CLK為串行時鐘輸入，SDA/IO為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，RST為復(fù)位輸入等。

設(shè)備操作

同步協(xié)議操作

• 時鐘和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：SDA引腳通常由外部設(shè)備上拉，數(shù)據(jù)只能在SCL低電平期間改變。高電平期間的數(shù)據(jù)變化表示起始或停止條件。
• 起始條件：SCL為高電平時，SDA從高到低的轉(zhuǎn)換定義為起始條件，必須在所有命令之前。
• 停止條件：SCL為高電平時，SDA從低到高的轉(zhuǎn)換定義為停止條件，讀序列后，停止條件將使EEPROM進入待機電源模式。
• 確認：所有地址和數(shù)據(jù)字以8位字的形式串行傳輸，EEPROM在第九個時鐘周期發(fā)送零來確認收到每個字。

內(nèi)存復(fù)位

在通信中斷（如協(xié)議錯誤、電源丟失等）后，可通過“確認輪詢”恢復(fù)設(shè)備。確認輪詢包括發(fā)送起始條件，然后發(fā)送有效的CryptoMemory命令字節(jié)，并確定設(shè)備是否響應(yīng)確認。

設(shè)備架構(gòu)

用戶區(qū)域

EEPROM用戶內(nèi)存分為四個1-Kbit的區(qū)域，可存儲不同類型的數(shù)據(jù)或文件。訪問用戶區(qū)域需要滿足適當(dāng)?shù)陌踩?，這些要求可在設(shè)備個性化期間在配置內(nèi)存中定義。

控制邏輯

通過設(shè)備內(nèi)置的控制邏輯訪問用戶區(qū)域，該邏輯可通過訪問寄存器、密鑰寄存器和在設(shè)備個性化期間編程到配置內(nèi)存中的密鑰進行配置。同時，控制邏輯中還實現(xiàn)了一個加密引擎，用于執(zhí)行設(shè)備的各種高級安全功能。

配置內(nèi)存

配置內(nèi)存由2048位的EEPROM組成，用于存儲密碼、密鑰、代碼以及定義用戶區(qū)域的安全訪問權(quán)限。訪問配置內(nèi)存的權(quán)限在控制邏輯中定義，設(shè)備個性化完成后用戶無法更改。

通信安全模式

設(shè)備與主機之間的通信有三種基本模式：

• 標(biāo)準模式：設(shè)備上電后的默認模式，配置數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)和密碼均為明文，數(shù)據(jù)完整性檢查采用MDC（修改檢測碼）。
• 認證模式：通過成功的認證序列激活，配置數(shù)據(jù)為明文，用戶數(shù)據(jù)為明文，密碼為加密狀態(tài)，數(shù)據(jù)完整性檢查采用MAC（消息認證碼）。
• 加密模式：在成功認證后，通過成功的加密激活激活，配置數(shù)據(jù)為明文，用戶數(shù)據(jù)和密碼均為加密狀態(tài)，數(shù)據(jù)完整性檢查采用MAC。

安全選項

防撕裂功能

在寫周期中發(fā)生電源丟失時，設(shè)備存儲數(shù)據(jù)的完整性可恢復(fù)。該功能可選，主機可根據(jù)應(yīng)用需求選擇激活。激活后，寫命令執(zhí)行時間會變長，每次寫請求的數(shù)據(jù)限制為最多8字節(jié)。

寫鎖定

如果用戶區(qū)域配置為寫鎖定模式，8字節(jié)頁面的最低地址字節(jié)構(gòu)成該頁面字節(jié)的寫訪問字節(jié)。寫鎖定字節(jié)本身可通過將其最低有效位寫為“0”進行鎖定，且寫鎖定模式激活后，寫鎖定字節(jié)只能編程，不能將已寫為“0”的位恢復(fù)為“1”。在寫鎖定配置下，寫操作每次只能寫入一個字節(jié)。

密碼驗證

密碼可用于保護任何用戶區(qū)域的讀和/或?qū)懺L問。當(dāng)提供有效密碼時，該密碼會被記憶并保持有效，直到電源關(guān)閉、提供新密碼或RST激活。共有八組密碼可用于保護任何用戶區(qū)域，一次只能有一個密碼有效。提供正確的寫密碼也可獲得讀訪問權(quán)限。

認證協(xié)議

用戶區(qū)域的訪問可通過認證協(xié)議進行保護，可從四個密鑰中選擇一個用于用戶區(qū)域。認證成功后，只要芯片通電，認證狀態(tài)就會被記憶并保持有效，除非初始化新的認證或RST激活。如果新的認證請求未通過驗證，卡片將失去之前的認證，需要重新進行認證才能獲得訪問權(quán)限。

加密

在讀寫和驗證密碼命令期間，設(shè)備與主機之間交換的數(shù)據(jù)可進行加密，以確保數(shù)據(jù)機密性。發(fā)行商可在配置內(nèi)存中設(shè)置要求對用戶區(qū)域進行加密，可從四個密鑰中選擇一個用于用戶區(qū)域。即使不要求加密，主機也可在知道正確密鑰的情況下選擇激活加密。

管理員模式

啟用此功能后，持有特定密碼的用戶可獲得對所有八組密碼的完全訪問權(quán)限，包括更改密碼的能力。

修改禁止

使用此功能保護的用戶區(qū)域在任何時候都不允許寫訪問，該區(qū)域必須在設(shè)備個性化期間、熔斷安全熔絲之前進行寫入。

僅編程

受此功能保護的用戶區(qū)域，數(shù)據(jù)只能編程（位從“1”變?yōu)椤?”），不能擦除（位從“0”變?yōu)椤?”）。

協(xié)議選擇

AT88SC0404CA支持兩種不同的通信協(xié)議：

• 智能卡應(yīng)用：使用ISO 7816 - B協(xié)議的異步T = 0模式，以與行業(yè)標(biāo)準智能卡讀卡器兼容和互操作。
• 嵌入式應(yīng)用：2線串行接口提供與其他邏輯設(shè)備或微控制器的快速高效連接。

協(xié)議選擇在設(shè)備上電時確定，一旦選擇了某種模式，在不關(guān)閉設(shè)備電源的情況下無法切換到另一種模式。

初始設(shè)備編程

啟用CryptoMemory的安全功能需要進行設(shè)備個性化，包括按區(qū)域設(shè)置所需的訪問權(quán)限、密碼和密鑰值，使用簡單的讀寫命令將這些值編程到配置內(nèi)存中并進行驗證，然后熔斷熔絲以鎖定這些信息。訪問配置內(nèi)存需要成功提供安全（或傳輸）代碼，AT88SC0404CA設(shè)備的初始安全（傳輸）代碼簽名為$60 57 34，與Write 7密碼相同。用戶在成功提供代碼后可隨時更改安全代碼的簽名。

訂購信息

AT88SC0404CA提供多種封裝選項，包括不同的模塊和標(biāo)準封裝，如M2 - J Module、M2 - P Module、8P3、8S1、8X、8MA2等，適用于不同的應(yīng)用場景和溫度范圍。

總結(jié)

Atmel AT88SC0404CA CryptoMemory以其豐富的安全特性、高可靠性和靈活的配置選項，為電子工程師在智能卡和嵌入式應(yīng)用中提供了一個強大的安全存儲解決方案。在實際設(shè)計中，工程師可根據(jù)具體需求選擇合適的封裝和協(xié)議，充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢。大家在使用這款產(chǎn)品時，是否遇到過一些特殊的應(yīng)用場景呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。