基于MAXQ1850的雙芯片架構的支付終端設計

　　第三種方法，也是隨著PCI PED認證的普及而被廣泛用于安全金融終端的方法，即選擇融合高集成度、高性能μC的單芯片架構(圖3)。與通用微控制器一樣，這些μC采用了最新的半導體制造工藝;具有多種通信接口，例如USB、SPI和智能卡;并且支持功能豐富的操作系統，例如Linux? OS。這些微控制器嵌入了高速現代處理器，能夠管理大容量外部存儲器，例如NOR和NAND閃存，以及各種各樣的RAM。

　　圖3. 大多數小尺寸終端架構采用的單片μC包括了所有必要的安全功能。

　　與安全管理器一樣，這些器件嵌入了安全NV SRAM和篡改/監測傳感器。與配套芯片一樣，這些器件運行安全加密算法，例如3DES、AES和RSA，抵御功率差分析(DPA)和簡單的功率分析(SPA)。高集成度設計在安全保護能力和材料清單(BOM)均具備強大優勢。

　　安全機制集成在硅片內，能夠對其進行攻擊手段將非常復雜。集成保證了啟動的完整信任鏈，也適用于處理緊急事件和報警—報警信號不會被切斷。由于電路功能已經集成在一個芯片中，所以降低了鏈路缺陷造成的不良風險。使用集成的外部存儲器加密引擎時，無需額外的安全防護。

　　這種高集成度設計也有益于軟件的安全保護，因為安全機制依賴于強大的硬件功能和標準化機制，例如，存儲器管理單元(MMU)。注意，在單芯片方案中由軟件區分敏感數據和非敏感數據，雙芯片架構中則由硬件電路實現。軟件以三種形式劃分數據的安全等級，各有優缺點。第一種方法是采用“管理程序”，將敏感和非敏感數據分配到獨立的存儲單元;第二種方法則利用操作系統，例如Linux，直接進行劃分;第三種方法利用Java?軟件或Java類虛擬器處理獨立的安全程序。

　　多合一集成減少了所需的芯片數量，縮小PCB面積，允許使用更靈活的外形規格，從而簡化了終端設計。另外，由于只需要單個工具鏈、僅支持一個μC核，有助于加快開發進程。Maxim提供各種高集成度、16至32位安全μC，工作速率高達200MHz。

　　選擇安全μC時，應該選擇能提供PCI PTS實驗室出具的安全評估報告的微控制器。該報告證明經過了完整實驗室測試，測試結論表明了芯片廠家的專業水平，以及安全芯片所能達到的水平。第二項考慮是終端設計的難易程度。簡單程度既依賴于μC特性，又依賴于廠家支持團隊的力量。您應該尋求集成了關鍵功能的μC，例如存儲器、時間記錄和防篡改監測，因為這種高集成度簡化了PCB布線，以更小尺寸支持關鍵的安全特性。Maxim加入了PCI SSC組織，并堅持以最先進的安全μC服務于PCI SSC市場。

　　采用ARM926?內核的高性能、32位安全微控制器MAX32590 (“JIBE”)就是一款這樣的μC。器件的低功耗特性能夠在400MHz時提供卓越的性能。安全特性包括：具有瞬間擦除能力的2KB安全存儲器、安全實時時鐘(RTC)、以及檢測任何入侵的內部環境動態監測傳感器。易失和非易失外部存儲器(如：NAND、NOR和LPDDR)由新一代強大的AES-128加密/數據完整性驗證功能完全保護。所提供的配套軟件包括：預認證POI參考設計、安全Linux OS、加密庫、EMV L1庫和PCI PTS幫助工具。

　　通過PCI PTS 3.x認證的參考設計

　　Maxim的參考設計(USIPOS)能夠幫助構建高度可靠的終端產品，確保通過PCI評估。通過PCI PTS 3.x測試的參考設計為您的終端提供最便捷的渠道，使其順利通過認證。USIPOS參考設計的關鍵特性包括：無網格架構、獲得PCI PTS 3.x批準，提供經過優化的硬件BOM、安全的Linux OS和EMV L1及加密庫文件和硬件/軟件設計指南。從Maxim的設計方案、電路布局和BOM入手，定制設計并集成到您的設備中，從而以最低的風險和成本將您的產品快速推向市場。

　　安全島

　　除安全芯片及其管理的資產外，其它資產，例如PIN，也是攻擊目標。作為預防措施，利用安全芯片外部的傳感器提供保護，防止對終端設備的物理篡改。由此構建的安全機制既高效，又容易集成，并且任何報警都會立即觸發擦除安全存儲器。這些傳感器往往監測的是片外環境，監測電路可以很好地保證其它物理區域的安全—例如，PIN所處的區域。最后，終端制造商必須具備足夠的技能和知識，正確管理報警檢測機制。由安全芯片管理報警的傳播和相應的操作。

　　對于PIN和持卡人賬戶數據等文本數據可通過鍵盤、磁條和智能卡獲取。因此，除了安全芯片本身采取措施外，這三個區域都需要各自的安全保護措施。資產管理數據只能暴露在這些設施以內，這也是我們稱其為“安全島”的原因(圖4)。

　　圖4. 支付終端中，由安全μC控制的傳感器保護"安全島"

　　基于商用化安全芯片的設計思路，有些廠商建議此類安全區域也采用商用化設計方案。最完備的解決方案是集成安全智能卡槽，例如CK安全智能卡槽和磁條加密頭，例如磁阻芯片組。這些產品與上述安全芯片具有相同優勢—集成化設計，安全性高，降低風險和成本。

商用化終極方案

　　將上述商用化安全措施完全集成到單個參考設計中將對該行業的發展做出重大貢獻—有助于簡化終端制造商的產品開發、認證和生產(圖5)。安全是制造商面臨的主要問題，所以評估參考設計會增強其信心，節省資源，并降低了開發風險。它還以高效、高性價比設計兼容大多數苛刻的安全要求(PCI PTS)。

　　圖5. JIBEPOS參考設計框圖，包括所提供的各種功能

　　軟件和應用

　　終端由硬件組成，但相關軟件(不僅限于PIN輸入操作)在近幾年已經擴展到各種應用服務。有些設備提供忠誠度測試及其它相關業務的應用，復雜的軟件架構也是圖形界面、多接口(以太網、USB、GPRS連接)、EMV支持以及非接觸卡不可缺少的工具。強大的安全防護措施使得軟件設計更加復雜：終端設計必須極具吸引力，而安全應用決不允許泄露敏感數據，操作系統必須支持應用之間的通信，加密服務不得泄露密匙。商用化軟件還能夠為終端帶來眾多利益，包括節省開發時間和幫助最終產品通過認證。

　　作為一個示例，Maxim提議的安全Linux操作系統可用于USIP和JIBE平臺，完全滿足PCI PTS安全軟件要求，簡化開發過程并降低制造商的認證風險。可以獲取完整的Linux版本，還有助于改善終端開發，包括圖形界面、外設驅動和通信棧。

　　結論

　　以上討論的三種架構都可以構建強大的支付終端，提供高度可靠的安全性。本文涉及的IC均為經過驗證的商用化器件，可提高安全性，方便集成，并降低功耗。