Atmel AT88SC118 CryptoCompanion：保障安全通信的利器

在当今数字化时代，数据安全和通信的保密性至关重要。Atmel公司的AT88SC118 CryptoCompanion设备，作为CryptoRF和CryptoMemory产品的理想伴侣，为我们提供了强大的安全保障。今天，我们就来深入了解一下这款设备的特点、工作原理以及应用场景。

文件下载：AT88SC118-SH-CN.pdf

一、产品特点

1. 安全存储与算法实现

AT88SC118能够安全地存储主机的机密信息，并实现主机算法。它采用了SHA - 1标准加密算法，结合64位相互认证协议（在ELVA许可下），为数据安全提供了坚实的基础。此外，设备还具有永久编码的序列号和高质量的随机数生成器（RNG），进一步增强了安全性。

2. 硬件安全特性

该设备具备多种硬件安全特性，如内存上的金属屏蔽、非易失性内存中的数据加扰、延迟惩罚以防止系统攻击、复位锁定以防止非法电源循环以及电压和频率监测等，有效抵御各种潜在的安全威胁。

3. 主机端加密功能

AT88SC118支持认证挑战生成、设备挑战响应、消息认证码（MAC）生成、数据加密和解密以及安全认证密钥管理等功能，为主机系统提供了全面的加密支持。

4. 安全存储与密钥管理

设备最多可存储16组64位的多样化主机密钥和8组24位的密码，同时提供高达232字节的可读写用户数据区域，满足不同的安全存储需求。

5. 应用特性

AT88SC118具有低电压供电（2.7V - 3.6V）、2线串行接口（TWI，5V兼容）、标准8引脚SOIC塑料封装（符合环保标准）等特点，具备高可靠性，其耐久性可达100,000个周期，数据保留时间为10年，ESD保护能力至少为3000V HBM。

二、工作原理

1. 一般操作

CRF设备包含一些秘密信息，主机系统需要知道或推导这些信息才能与CRF设备建立信任链接并进行通信。AT88SC118将这些秘密信息以隐蔽的方式存储在非易失性内存中，并包含执行CRF数据手册中指定的认证、密码和加密/解密功能所需的所有电路，从而避免了秘密信息的泄露。

2. 加密策略

每个CRF设备都有一个序列号（ID）和认证秘密 (G{i}) 存储在EEPROM中，ID可以自由读取，而 (G{i}) 无法读取且对于所有标签都是唯一的。AT88SC118将EEPROM中存储的一组公共秘密 ((F{n})) 与ID和 (K{ID}) 相结合，计算出一个预期与CRF设备中的 (G{i}) 匹配的值 (G)，即 (G = SHA - 1(F{n}, ID, K{ID}))。此外， (K{ID}) 由主机系统以其选择的方式生成，通常是对CRF ID值进行加密操作的结果，这允许提供不同程度的额外安全场景。

3. 相互认证

AT88SC118包含一个通用的加密质量随机数生成器，用于启动与CRF之间的相互认证过程。如果CRF确认了CryptoCompanion的挑战，并且CryptoCompanion确认了CRF的响应，那么主机系统就可以继续进行CRF操作，从而使主机系统在不直接了解CRF秘密的情况下使用CRF设备。

三、产品优势

1. 保密性强

将用于与CRF进行认证和通信的核心秘密存储在EEPROM中并在芯片上使用，有效保护了机密信息。

2. 系统实现灵活

支持多个秘密和策略，适用于系统内不同CRF位置，提供多种制造商设置选项。

3. 硬件加密引擎

避免了通过反编译系统操作代码来泄露算法，增强了安全性。

4. 全面的硬件安全实现

即使攻击者拥有实验室设备，也很难获取存储在CryptoCompanion上的秘密信息。

5. 强大的随机数生成

避免了所有加密操作中的意外重放，不仅限于与CRF的通信。

6. 易于使用

几乎不需要编程，无需了解安全算法或协议，能够快速推向市场。

四、引脚与封装

1. 引脚描述

引脚	描述
VCC和GND	电源和地，电源电压为2.7 - 3.6V，供电电流小于5mA。设备在VCC上升到2.7V或复位信号驱动为高电平后60ms可接受命令。
SDA	2线接口数据引脚，5V兼容，数据建立时间最小为0.1μs，数据保持时间最小为0μs，系统板需包含外部上拉电阻。
SCL	2线接口时钟引脚，5V兼容，最大SCL速率为400KHz，最小TLOW = 1.2μs，最小THIGH = 0.6μs，系统板需包含外部上拉电阻。
RST	复位引脚，低电平有效，可复位AT88SC118内的所有状态。
PDN	电源关闭引脚，低电平时设备正常工作，高电平时设备进入睡眠状态，功耗降至小于10μA，引脚电平下降到设备接受SDA或SCL的第一次转换之间有50ms延迟。

2. 封装

AT88SC118采用8引脚SOIC封装，具体引脚排列如下：	引脚编号	引脚名称
1	PDN
2	RST
3和7	NC
4	GND
5	SDA
6	SCL
8	VCC

需要注意的是，引脚3和7内部未连接，应在PC板上接地。

五、电气特性

1. DC特性

在推荐的工作范围内（(V{CC}= + 2.7) 至3.6V，(T{AC}=-40^{circ}C) 至85°C），设备的直流特性包括电源电压、供电电流、待机电流、输入电压和电流等参数。例如，电源电压范围为2.7 - 3.6V，供电电流在400kHz时最大为5mA。

2. AC特性

在相同的工作范围内，交流特性包括时钟频率、时钟占空比、上升时间、下降时间等参数。例如，时钟频率范围为0 - 400kHz，时钟占空比为40 - 60%。

六、订购信息

AT88SC118提供不同的订购代码，包括内存锁定状态、封装、电压范围和温度范围等信息。例如，AT88SC118 - SH - CM为散装，内存锁定状态为00（解锁），采用绿色环保封装，适用于2.7V - 3.6V电压范围和 - 40°C至85°C的工业温度范围。

七、总结

Atmel AT88SC118 CryptoCompanion设备凭借其强大的安全特性、灵活的系统实现和易于使用的特点，为需要保障数据安全和通信保密性的应用场景提供了理想的解决方案。无论是在工业控制、物联网还是其他领域，AT88SC118都能发挥重要作用。作为电子工程师，我们在设计安全相关的系统时，不妨考虑这款设备，它将为我们的设计带来更高的安全性和可靠性。

你在实际应用中是否使用过类似的安全设备？在使用过程中遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。