
图1 常规智能门锁方案架构
1什么是单芯片安全智能门锁
所谓单芯片安全智能门锁方案，就是把原本在物理上独立的智能门锁主控、安全芯片、指纹识别、触控、蓝牙等功能集成在单颗MCU芯片中实现。这种单芯片方案，不仅可节省器件成本，而且可使得主控板PCB板尺寸变小，为门锁产品设计留更多的发挥空间，这种将主控模块、安全模块、指纹处理模块、TSC触控、蓝牙传输等业务逻辑整合到MCU中的做法，降低了硬件成本，缩短了智能锁新品从设计到量产的时间，使智能锁企业在竞争中更具优势。
2N32G4FRx/N32WB4x系列专为单芯片安全智能门锁量身打造!
主控芯片是智能门锁的核心器件和大脑。国民技术股份有限公司(简称：国民技术)在ELEXCON 2019上发布了5个系列MCU新品和多个物联网解决方案，其中基于N32G4FRx/N32WB4x系列MCU的单芯片安全智能门锁解决方案，凭借其高集成度、低成本、高性能与安全的优势，非常适合用于公寓、家庭锁、智能锁、挂锁等智能家居领域。

图2 基于N32G4FRxx/N32WB4x系列的单芯片安全智能门锁方案
单芯片安全智能门锁方案主要包括：安全主控MCU、语音模块(DAC)、通讯模块(WiFi/蓝牙、NB IoT模块、RCC/NFC刷卡模块)、显示模块(OLED、LED灯)、存储模块(FLASH)、数据模块(TSC触控、指纹模块)、开锁模块(开锁电机、斜舌控制)、电池等八大模块。
方案采用国民技术N32G4FRx/N32WB4x系列MCU作为安全主控，该系列芯片是国民技术专为指纹应用而设计的MCU芯片，集成了指纹识别算法组件安全组件、密码组件、语音组件、低功耗控制、触控组件、可选蓝牙组件(N32WB4x自带BLE50蓝牙组件)等部件，方案搭载嵌入式freeRTOS实时 *** 作系统，流畅运行OLED菜单显示、语音导航、指纹、触摸等多种人机交互接口，并可配套提供非接触功能芯片，是国产首款硬件安全通用MCU单芯片安全智能门锁，是目前市场上成本和性能最佳的安全智能门锁方案!

图3 硬件安全通用MCU单芯片安全智能门锁
3方案优势特点
高集成度、低成本
集成指纹识别算法、支持半导体指纹和光学指纹传感器
集成TSC电容触控算法，最多支持18个单通道按键，支持低功耗状态下唤醒MCU
集成蓝牙协议栈(N32WB452系列集成蓝牙BLE50)
高安全性、防破解&攻击
内置 10 余种密码算法硬件加速引擎
支持Flash存储加密，防止固件、密钥、指纹信息等非法截取、篡改
支持多用户MMU分区保护、硬件安全算法
支持安全启动，程序加密下载，安全更新
支持 *** 作系统，支持任意修改菜单
已搭载嵌入式freeRTOS实时 *** 作系统，更多实时 *** 作系统将陆续提供
4开放的服务模式
国民技术将为广大用户提供如下服务：
提供“国民技术MCU+指纹算法+TSC触控+蓝牙”单芯片方案
提供基于硬件安全的端到端加密技术，防篡改、防假冒、防窃取
搭载嵌入式freeRTOS实时 *** 作系统，后期可提供更多选择
提供开放的可量产单芯片安全智能门锁参考设计
5国民技术N32G4FRxx/N32WB4x系列MCU更多特性
采用 32 bit ARM Cortex-M4 内核、集成最大容量144KB SRAM，512KB Flash, 集成多达18 个数字通讯接口及4个模拟接口。

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在电子行业，由于整个媒体产业的扩展，有关其的内容和数据
保护一直都得到了高度关注；而硬件系统由于开发成本巨大，对其进行保护更是该行业的重点。对固件、产品开发核心技术的保护固然重要，而对封装和PCB布线等可见部分的保护也不容忽视。多数公司一般习惯于使用采纳了安全芯片和算法的版权保护系统。IDKT系列是我司开发的一套定制型的加密芯片，其内部是纯逻辑电路。这使整个加密认证过程安全客观。此外，IDKT采用AES256的加密算法已软硬件相互加密解密的方式进行双向认证，使加密更加安全。为了防止数据截取，IDKT的通信都已密文的形式传播，并且结合伪数据随机的组合，使数据传递安全客户，为了使客户方案更加完善，IDKT以系统数据的方式进行 *** 作，是加密多样且隐蔽。同时为了打破逻辑加密芯片的缺陷，IDKT采用定制型的方式，为每个客户单独定制一套独立的算法，保证每个客户的加密唯一性。为了保证唯一性，我司以封闭式的渠道进行供货，使市场流通性为0内置2KB EEPROM空间，自定义加密参数，双重加密更加安全。 物联网时代的到来，产品和产品之间的互联越来越多，智能外延设备也越来越广。如何保证方案商在外延设备上的利益，以及对外延设备合法性的认证，成为了方案商考虑的又一问题。单纯的软件认证，已不再可靠，硬件设备的认证，成为了主流。IDKT系列就带来了这样一套方案将硬件植入从机设备，由主机发起认证请求，该请求需要经过IDKT 进行对应的加解密 *** 作，回传认证密文，并由主机进行解密认证。
我们的加密芯片方案广泛应用于以下行业
1 物联网（IoT）行业 智能家居（固件保护、通信加密、文件完整性校验、数据加密）、智能城市（固件保护、通信加密、文件完整性校验、数据加密）等
2 车机行业 汽车影音系统（固件/系统保护、license授权、产量控制），汽车导航（固件/系统保护、license授权、产量控制），汽车诊断（固件/系统保护），车身传感器（通信加密、固件/系统保护），车内通信模块（通信加密、固件/系统保护），V2X（通信加密、固件/系统保护）等
3 四轴飞行器行业 飞控系统保护（系统保护、license授权），配件电池认证（配件认证），飞控及手柄认证（通信加密）
4 打印机耗材 墨盒加密防伪（配件认证）、 系统保护（系统保护、license授权）
5 软件算法行业 指纹识别算法（license授权、数据加密），虹膜识别算法（license授权、数据加密），视频图像分析算法（license授权）等。
6 安防行业 IPC（固件/系统保护、license授权、产量控制）、DVR（固件/系统保护、license授权、产量控制）、NVR（固件/系统保护、license授权、产量控制）
7 机顶盒行业 DVB-S等（固件/系统保护）
8 电子烟行业 产品防伪（防伪认证） 方案主板和烟d的加密认证和保护
嵌入式定制加密芯片及方案产品特性和应用
IDKT-AE/AL IDKT-AES/AEL IDKT-P1
1)硬件的唯一性，因为从wafer开始就为每家客户定制唯一ID序列号来区别。
2)硬件与软件结合，原厂根据客户系统运行平台特点针对性为客户写LIB，不同的编译器，不同的运行平台，不用的CPU，LIB各不相同，这就大大增强了安全性能。
3)由原厂提供唯一ID序列号的IC 和针对性唯一的LIB，
4 )应用AES 256加密技术，随机数据随机运算。
5)内置64 bit OTP功能，帮助客户管理出货数量及窜货的问题。
6)内置2KB EEPROM空间，自定义加密参数，双重加密更加安全。
5G频谱分为FR1和FR2，两个频率范围。@w_640
FR1的频率范围是450MHz到6GHz，也叫Sub6G，意思是低于6GHz。也是目前主频段。
FR2的频率范围是24GHz到52GHz，波长毫米级别，叫毫米波mmWave(严格来说大于30GHz才叫毫米波)。
注意：5G是一代技术，不是高频的代名词，低频广覆盖也有。
我们国家三大运营商的频段如下。
中国移动：2515MHz-2675MHz共160MHz，频段号为n41，以及4800MHz-4900MHz共100MHz，频段号为n79；
中国电信：3400MHz-3500MHz共100MHz，频段号为n78；
中国联通跟电信合用资源，是一样的。传统基于穷举或纯数学理论层面的分析，对于现代高强度加密算法而言，算力有限导致无法实现穷举，算法的复杂性也无法通过数学工具直接破解，根据近代物理学发展出来的理论，电子设备依赖外部电源提供动力，设备在运行过程中会消耗能量，同时会跟外界环境存在声、光、电、磁等物理交互现象产生，设备本身也可能存在设计薄弱点，通过这些物理泄露或人为进行物理层的修改获取数据，然后运用各类数学工具和模型实现破解。
然而在做物理攻击时，往往需要昂贵的设备，并要具备数学、物理学、微电子学、半导体学、密码学、化学等等多学科的交叉理论知识，因此其技术门槛和攻击成本都很高，目前在刚刚结束的 Blackhat 2018 上，展台上展示了多款 ChipWhisperer 硬件工具,作为亲民型的物理攻击平台，获得了一致的好评。
(来源 Newae 官方)
ChipWhisperer Lite 版官方商店售价 $250 ，不管是实验学习，还是实战入门，都是极具性价比的，本文主要介绍主流的一些物理攻击手段，以及对 ChipWhisperer 的初步认知，后续将会据此从理论、原理、实验以及实战等角度详细介绍该平台。
真正的安全研究不能凌驾于真实的攻防场景，对于物联网安全而言，其核心目标是真实物理世界中的各种硬件设备，真实的攻击场景往往发生在直接针对硬件设备的攻击，因此物联网安全的基石在于物理层的安全，而针对物联网物理攻击手段，是当前物联网面临的最大安全风险之一。
物理攻击就是直接攻击设备本身和运行过程中的物理泄露，根据攻击过程和手段可以分为非侵入攻击、半侵入式攻击和侵入式攻击。ChipWhisperer 平台主要用做非侵入式攻击，包括侧信道和故障注入攻击等。
传统密码分析学认为一个密码算法在数学上安全就绝对安全,这一思想被Kelsey等学者在1998年提出的侧信道攻击(Side-channel Attacks,SCA)理论所打破。侧信道攻击与传统密码分析不同,侧信道攻击利用功耗、电磁辐射等方式所泄露的能量信息与内部运算 *** 作数之间的相关性,通过对所泄露的信息与已知输入或输出数据之间的关系作理论分析,选择合适的攻击方案,获得与安全算法有关的关键信息。目前侧信道理论发展越发迅速，从最初的简单功耗分析（SPA），到多阶功耗分析（CPA），碰撞攻击、模板攻击、电磁功耗分析以及基于人工智能和机器学习的侧信道分析方式，侧信道攻击方式也推陈出新，从传统的直接能量采集发展到非接触式采集、远距离采集、行为侧信道等等。
利用麦克风进行声波侧信道
利用软件无线电实施非接触电磁侧信道
故障攻击就是在设备执行加密过程中，引入一些外部因素使得加密的一些运算 *** 作出现错误，从而泄露出跟密钥相关的信息的一种攻击。一些基本的假设：设定的攻击目标是中间状态值； 故障注入引起的中间状态值的变化；攻击者可以使用一些特定算法（故障分析）来从错误/正确密文对中获得密钥。
使用故障的不同场景： 利用故障来绕过一些安全机制（口令检测，文件访问权限，安全启动链）；产生错误的密文或者签名（故障分析）；组合攻击（故障+旁路）。
非侵入式电磁注入
半侵入式光子故障注入
侵入式故障注入
本系列使用的版本是 CW1173 ChipWhisperer-Lite ，搭载 SAKURA-G 实验板，配合一块 CW303 XMEGA 作为目标测试板。
CW1173 是基于FPGA实现的硬件，软件端基于 python，具有丰富的扩展接口和官方提供的各类 API 供开发调用，硬件通过自带的 OpenADC 模块可以实现波形的捕获，不需要额外的示波器。
板上自带有波形采集端口（MeaSure）和毛刺输出（Glitch）端口，并自带 MOSFET 管进行功率放大。
并提供多种接口触发设置，基本满足一般的攻击需求。
芯片物理结构为许多CMOS电路组合而成，CMOS 电路根据输入的不同电信号动态改变输出状态，实现0或1的表示，完成相应的运算，而不同的运算指令就是通过 CMOS 组合电路完成的，但 CMOS电路根据不同的输入和输出，其消耗的能量是不同的，例如汇编指令 ADD 和 MOV ，消耗的能量是不同的，同样的指令 *** 作数不同，消耗的能量也是不同的，例如 MOV 1 和 MOV 2其能量消耗就是不同的，能量攻击就是利用芯片在执行不同的指令时，消耗能量不同的原理，实现秘钥破解。
常用的能量攻击方式就是在芯片的电源输入端（VCC）或接地端（GND）串联一个1到50欧姆的电阻，然后用示波器不断采集电阻两端的电压变化，形成波形图，根据欧姆定律，电压的变化等同于功耗的变化，因此在波形图中可以观察到芯片在执行不同加密运算时的功耗变化。
CW1173 提供能量波形采集端口，通过连接 板上的 MeaSure SMA 接口，就可以对能量波形进行采集，在利用chipwhisperer 开源软件就可以进行分析，可以实现简单能量分析、CPA攻击、模板攻击等。
通过 cpa 攻击 AES 加密算法获取密钥
ChipWhisperer 提供对时钟、电压毛刺的自动化攻击功能，类似于 web 渗透工具 Burpsuite ，可以对毛刺的宽度、偏移、位置等等参数进行 fuzz ，通过连接板上的 Glitch SMA 接口，就可以输出毛刺，然后通过串口、web 等获取结果，判断毛刺是否注入成功。
时钟毛刺攻击是针对微控制器需要外部时钟晶振提供时钟信号，通过在原本的时钟信号上造成一个干扰，通过多路时钟信号的叠加产生时钟毛刺，也可以通过自定义的时钟选择器产生，CW1173 提供高达 300MHZ 的时钟周期控制，时钟是芯片执行指令的动力来源，通过时钟毛刺可以跳过某些关键逻辑判断，或输出错误数据。
通过 CW1173 时钟毛刺攻击跳过密码验证
电压毛刺是对芯片电源进行干扰造成故障，在一个很短的时间内，使电压迅速下降，造成芯片瞬间掉电，然后迅速恢复正常，确保芯片继续正常工作，可以实现如对加密算法中某些轮运算过程的干扰，造成错误输出，或跳过某些设备中的关键逻辑判断等等 。
对嵌入式设备的电压毛刺攻击
随着物理攻击理论和技术的进步，针对硬件芯片的防护手段也随之提高，芯片物理层的攻防一直在不断角力 ，现实环境中，能量采集会受到各种噪声因素的干扰，硬件厂商也会主动实施一些针对物理攻击的防护，单纯依靠 ChipWhisperer 平台难以实现真实场景的攻击，因此还需要结合电磁、声波、红外、光子等多重信息，以及对硬件进行修改，多重故障注入，引入智能分析模型等等组合手段，今后会进一步介绍一些基于 ChipWhisperer 的高级攻击方式和实战分析方法。
在更智能化发展上，TWS各大厂商的脚步从没有停止。投入重研发，引领新技术，打造差异化，开发新赛道，技术供应链越来越成熟，产品更新迭代越来越快。
金九银十，在9月3日由旭日大数据主办的TWS峰会上，会有将近50家现场展商携带与以往完全不同的新品亮相，而TWS也将以全新的面貌展示未来更多的可能性。
截止2021年726日，图解供应链上榜产品已达32款。
作为TWS真无线蓝牙耳机的主控“大脑”，主控芯片承载着蓝牙传输，降噪，RF，CODEC等多项功能，是TWS耳机中不可或缺的重要部件，也是TWS耳机占比最大份额的细分领域。在数据君与产业链专业人士沟通时，了解到目前在TWS领域中，拥有开发设计蓝牙主控芯片的厂商涉及上百家，数据君通过图解供应链也整理出七家优秀主控芯片供应商，让我们一起来 探索 一下，蓝牙主控芯片的奇妙世界吧！
TWS供应链——主控芯片供应商
其中BES恒玄在供应链中出现次数多达18次，Qualcomm高通和Airoha络达出现次数在5次，APPLE苹果/Actions炬芯/Hisilicon华为海思/RealTek瑞昱出现次数均在1次。
恒玄 科技
恒玄 科技 主要从事智能音频SoC芯片的研发，设计与销售，为客户提供AIoT场景下具有语音交互能力的边缘智能主控平台芯片，产品广泛应用于智能蓝牙耳机，Type-C耳机，智能音箱等智能终端产品。恒玄 科技 致力于成为全球最具创新力的芯片设计公司，以前瞻的研发及专利布局，持续的技术积累，快速的产品迭代，灵活的客户服务，不断推出领先优势的产品及解决方案，成为AIoT主控平台芯片的领导者。
高通
高通（英文名称：Qualcomm，中文简称：高通公司、美国高通或美国高通公司）创立于1985年，高通是全球领先的无线 科技 创新者，变革了世界连接、计算和沟通的方式。把手机连接到互联网，高通的发明开启了移动互联时代。在中国，高通开展业务已逾20年，与中国生态伙伴的合作已拓展至智能手机、集成电路、物联网、大数据、软件、 汽车 等众多行业。
络达 科技
Airoha络达 科技 成立于2001年，是业界领先的IC设计领导厂商，首个十年致力于开发无线通信的高度集成电路，为客户提供高性能、低成本的各式射频与混合信号集成电路组件、及蓝牙无线通信芯片，累积长足的无线通信射频经验与人才；第二个十年则投入蓝牙低功耗单芯片与蓝牙无线音频系统解决方案，于2017年成为联发 科技 集团公司一员后，更进一步结合集团力量跨足物联网领域，提供具备各类型无线通信技术的低功耗微型处理器系统芯片，连接未来物联网世界中亿万个智能装置。
苹果
苹果公司(Appleinc)是一家美国跨国公司总部位于加州库比蒂诺,公司设计,开发,和销售消费电子产品、计算机软件、在线服务,和个人电脑。最著名的电脑硬件产品有Mac系列,iPod媒体播放器,iPhone智能手机和iPad平板电脑。在线服务包括iCloud、iTunes和AppStore。其消费者软件包括OSX和iOS *** 作系统,iTunes媒体浏览器，Safari浏览器,iLife和iWork。
炬芯 科技
炬芯 科技 股份有限公司主营业务为中高端智能音频SoC芯片的研发、设计及销售。
炬芯主要产品为蓝牙音频SoC芯片系列、便携式音视频SoC芯片系列、智能语音交互SoC芯片系列等，广泛应用于蓝牙音箱、蓝牙耳机、蓝牙语音遥控器、蓝牙收发一体器、智能教育、智能办公、智能家居等领域。公司深耕以音频编解码、模数混合多媒体处理、电源管理和高速模拟接口为核心的低噪声、低功耗、高品质音频全信号链技术。以及以蓝牙射频、基带和协议栈技术为核心的低功耗无线连接技术。公司擅长在低功耗的基础上提供高品质音质，专精将射频通信、电源管理、模数混合音频信号处理、CPU、DSP以及存储单元等模块集成于一颗单芯片SoC上；同时，通过融合软件开发包和核心算法提升SoC的价值，帮助客户降低基于芯片开发量产的门槛。面对领域众多、终端开发能力差异较大的客户群，公司可提供整体解决方案以及方便二次开发的软硬件开发平台。
华为海思
海思半导体是一家半导体公司，海思半导体有限公司成立于2004年10月，前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心。海思公司总部位于深圳，在北京、上海、美国硅谷和瑞典设有设计分部。海思的产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案，成功应用在全球100多个国家和地区；在数字媒体领域，已推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。2019年海思Q1营收达到了1755亿美元，同比大涨了41%，增速远远高于其他半导体公司，排名也上升到了第14位。
瑞昱半导体
瑞昱半导体成立于1987年，位于有着中国台湾“硅谷”之称的新竹科学园区，凭借当年几位年轻工程师的热情与毅力，走过艰辛的草创时期到今日具世界领导地位的专业IC设计公司，瑞昱半导体披荆斩棘，展现旺盛的企图心与卓越的竞争力，开发出广受全球市场肯定与欢迎的高性能、高品质与高经济效益的IC解决方案。瑞昱半导体自成立以来一直保持稳定的成长，归功于瑞昱对产品/技术研发与创新的执着与努力，同时也归因于瑞昱的优良传统。
TWS耳机市场有多大？
根据旭日大数据统计数据显示，2020年全球TWS出货46亿对，同比增长4375%。预计2021年全球出货量还将继续上升。
其中，品牌占比44%，白牌所占市场份额为56%。相较2019年而言不难发现，品牌占比正在稳步提升中，白牌市场份额进一步缩窄，不过仍然占据主要市场。
可以肯定的是，TWS市场发展已然迎来全新风口，出货量突破十亿大关指日可待。
TWS主控芯片市场趋势
一、蓝牙技术更迭，优化TWS耳机用户体验
在2020年1月，蓝牙技术联盟（BluetoothSpecial Interest Group，简称SIG）正式发布新一代蓝牙音频技术标准——BluetoothLE Audio（低功耗蓝牙音频，以下简称BLEAudio），意味着低功耗蓝牙技术标准将支持音频传输功能。BLEAudio具有低功耗、连接范围广、单模蓝牙芯片成本较低等优势，因此旭日大数据认为未来单模低功耗蓝牙有望替代传统蓝牙，换言之移动电子设备仅需使用单模低功耗蓝牙芯片即可。
BLEAudio拥有三大技术特点
1：低复杂性通信编解码器（LowComplexity Communication Codec,LC3）
2：多重串流音频（Multi-StreamAudio）
3：广播音频分享（AudioSharing）
二、TWS主控芯片“晋级”
SiP（SysteminPackage，系统级封装）为一种封装的概念，是将一个系统或子系统的全部或大部分电子功能配置在整合型基板内，而芯片以2D、3D的方式接合到整合型基板的封装方式。SiP不仅可以组装多个芯片，还可以作为一个专门的处理器、DRAM、快闪存储器与被动元件结合电阻器和电容器、连接器、天线等，全部安装在同一基板上上。这意味着，一个完整的功能单位可以建在一个多芯片封装，因此，需要添加少量的外部元件，使其工作。
行业总结
TWS耳机市场的火热让多家芯片厂商在蓝牙音频SoC上竞相角逐，不断推出各种蓝牙真无线方案。有芯片自研能力的大牌倾向于使用自研芯片以期获得对自家产品最好的优化。相比TWS品牌厂商的百花齐放，芯片厂商的头部集中度更加明显，每个厂商都有差异化的目标市场，不过，我们相信随着TWS行业的发展，这种明确的两极分化格局最终会被打破，头部优秀的供应商将更多地扩展产品线，覆盖更多市场。
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