如果要了解信息安全，首先要解決的問題便是Host和HSM（Hardware Security Module）的通信問題，只有兩者有效"對(duì)話"，才能更準(zhǔn)備的知道彼此的"訴求"，進(jìn)而執(zhí)行正確的Action。所以，Host是如何與HSM建立通信的呢？本文聊一聊這個(gè)話題。

提示：基于TC3xx討論

1、軟件框架

HSM除了芯片的硬件模塊，還有對(duì)應(yīng)的軟件部分，當(dāng)軟件中包含HSM時(shí)，整個(gè)軟件程序?qū)⒅辽侔?個(gè)進(jìn)程：HSM Boot、HSM App、Host Boot以及Host App。ECU加電，HSM端，程序運(yùn)行順序：HSM Boot->HSM App；Host端，程序運(yùn)行順序：Host Boot->Host App，如下所示：

由于HSM主要任務(wù)是處理信息安全相關(guān)的操作，它所干的活需要與主芯片端隔離，不能讓Host端知道HSM是如何干的，否則，就談不上信息安全。因此，就出現(xiàn)了HSM端（HSM Side）和Host端（Host Side），兩者中間，有一座"鵲橋"（Bridge）。通過喜鵲搭建的Bridge，牛郎（Host）就可以與織女（HSM）"互訴衷腸"了。 在MCU中，除了HSM的其他處理器均稱為Host，eg：TC3xx中，HSM Core是一個(gè)ARM Cortex M3內(nèi)核，而Host Core則是多個(gè)Tricore內(nèi)核。所以，所有的Host Core均可稱為Host，每個(gè)Host Core均可以調(diào)用HSM功能，示意如下： ?

如上圖，可以看出：HSM和Host的通信，本質(zhì)就是核間通信（IPC，Inter-Process Communication）。常見的IPC通信方式有：管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、信號(hào)量等。而HSM與Host最常用的方式當(dāng)屬共享內(nèi)存。

2、HSM與Host通信原理

既然王母娘娘拆散牛郎（Host）和織女（HSM），就沒打算讓他們輕易見面。怎么辦呢？喜鵲是看不慣王母娘娘做派的，喜鵲不僅鋪好鵲橋（Bridge），還在橋讓搭建了一個(gè)會(huì)和點(diǎn)（SAW，Signal Access Window）。通過這個(gè)內(nèi)存訪問窗口，織女（HSM）就可以把想想說的話（Message）傳遞給牛郎（Host），反之，亦然。考慮到牛郎和織女每年只能見一次，喜鵲是很給力的，它們搭建的匯合區(qū)（ASW）很大，有多大呢？窗口最大可以達(dá)到64KByte，也就是說，HSM一次可以訪問64KByte的Host地址空間，通過修改訪問窗口地址和長度，最終可以訪問Host端的0x00000000?- 0xDFFFFFFF地址空間。

（一）HSM通過何種方式訪問

Host HSM和Host通信可以分為兩種情況：

牛郎（Host）和織女（HSM）為了及時(shí)的告知彼此近況，通過HT2HSMS（Host to HSM Status）、HSM2HTS（HSM to Host Status）寄存器告知彼此狀態(tài)。HT2HSMS、HSM2HTS雙方均可互相訪問，以便于及時(shí)獲悉彼此狀態(tài)。除了這兩個(gè)寄存器，還有HT2HSMF（Host to HSM Flag Register）等寄存器，牛郎和織女可以共同訪問，以便于說更多的悄悄話。

女人，總是愛管事的，織女（HSM）除了想知道牛郎（Host）的近況，還想知道牛郎平時(shí)都在干啥，所以，織女（HSM）就通過SAHBASE（Single Access to Host Base Address Register）、SAHMEM（Single Access to Host Memory Window）寄存器去牛郎田里（Shared Memory）瞅瞅（Access），種的什么莊稼，土豆、胡蘿卜還是南瓜呢？當(dāng)然，牛郎（Host）對(duì)織女（HSM）的思念也可以通過SAHBASE、SAHMEM寄存器直接寫到田梗上（共享區(qū)），之后織女（HSM）去田梗查崗的時(shí)候（讀取數(shù)據(jù)），即可知道牛郎（Host）想說啥。織女（HSM）也可以把想傳遞的信息通過SAHBASE、SAHMEM寄存器寫入到田梗上（共享區(qū)，Share Memory），以此提醒（通知）牛郎（Host），要給莊稼澆水或者施肥了。

HSM和Host的通信示意如下所示：

3、HSM與HOST通信前提

如上，只是知道了HSM與HOST如何通信，但是，在兩者能有效通信之前，需要提前對(duì)好"暗號(hào)"，也就是俗說的"握手"（Handshake）。為什么需要握手呢？如上信息可以看出，HSM和HOST對(duì)應(yīng)不同的Core，在一些芯片中，HSM和HOST的CPU架構(gòu)也可能不同。既然是不同的Core，意味著：芯片加電以后，兩者啟動(dòng)的先后順序存在不確定性。如果HOST端要使用HSM提供的功能，就必須等到HSM完成初始化動(dòng)作，確保HSM進(jìn)入了程序穩(wěn)定階段，否則，HSM無法執(zhí)行Host的請(qǐng)求。

Host端與HSM通信，一般分為兩種情況：Host Boot與HSM App通信、Host App與HSM App通信。所以，Host與HSM握手也包含兩個(gè)部分，示意如下：

如上圖，HSM端程序由HSM Boot進(jìn)入HSM App以后，會(huì)初始化HSM基本功能，以便于后續(xù)Host端的請(qǐng)求；

Host端啟動(dòng)以后，Host端先進(jìn)入Host Boot。在Host Boot中，可能需要對(duì)Host App程序進(jìn)行完整性和兼容性檢查、獲取隨機(jī)種子等操作，此期間需要使用HSM端的接口進(jìn)行計(jì)算。所以，在Host Boot中需要等待HSM進(jìn)入HSM App，且HSM App進(jìn)入穩(wěn)定階段。

當(dāng)Host程序由Host Boot進(jìn)入Host App時(shí)，也需要和HSM完成握手，才能調(diào)用HSM提供的功能。

所以，在Host Boot、Host App中均需要完成與HSM的握手，才能進(jìn)行兩者之間的通信。這也是為什么使用Secure Boot以后，放寬啟動(dòng)時(shí)間的原因。

編輯：黃飛

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