如何实现NXP S32K3系列MCU安全调试

随着汽车电子系统变得越来越智能，对功能安全（Safety）的要求越来越高，同时信息安全（Security）也越来越被关注，安全调试（Secure Debug）机制已成为一个重要的信息安全特性。NXP推出的S32K3系列MCU配备了多层次的生命周期管理和硬件安全引擎（Hardware Security Engine, HSE），以确保在产品开发与部署中的信息安全。

本文主要介绍如何在IAR Embedded Workbench for Arm中实现NXP S32K3的安全调试。

01NXP S32K3生命周期与调试权限

NXP S32K3的生命周期（Lifecycle，简称LC）是芯片内用于表示设备状态的重要机制，其状态变化遵循单向流程，不可逆转。生命周期的不同阶段（如： CUST_DEL、OEM_PROD、IN_FIELD等）决定了开发者是否可以访问特定的调试功能和HSE接口。调试功能通常在开发阶段可用，而在量产阶段需限制，以防止未经授权的访问。

在生命周期进入CUST_DEL后面的阶段（如：OEM_PROD、IN_FIELD、PRE_FA），可以配置为Trusted，即开发者通过安全身份认证机制，才可以访问调试端口，进行软件调试。

02安全调试身份认证机制

当MCU调试端口被设置为受保护状态后，若调试器未能通过身份认证，将无法建立调试会话。NXP提供了两种主要的身份认证方式：

1. 静态认证（Static Authentication）：

调试器在每次复位后需提供相同的预设密钥（Application Debug Key/Password, ADKP）以解锁调试接口。

2. 动态认证（Dynamic Authentication）：

调试器在每次复位后，需基于芯片生成的挑战数据进行加密计算，并返回相应响应数据以完成身份认证。

这两种模式均需通过HSE接口在CUST_DEL阶段配置，配置方式依赖于HSE的set attribute服务接口（HSE_DEBUG_AUTH_MODE_ATR_ID）。

另外，在每种身份认证方式下，都有两种情况，一种是密钥与MCU UID无关（w/o UID diversified）, 另一种则是密钥与MCU UID相关（w UID diversified）。

03加锁调试端口

1. 128 位ADKP是一个非常重要的 OTP HSE 系统属性，与安全调试、生命周期和 IVT 身份验证等功能密切相关。通过配置ADKP可以实现加锁调试端口，加锁方式如下：可以直接编写程序烧录ADKP，或者通过HSE进行配置。

2. 生命周期需要配置到CUST_DEL之后的生命周期（OEM_PROD、IN_FIELD等），调试端口可基于ADKP的配置进行保护。生命周期配置到进入下一阶段之前，确保ADKP已配置。

加锁调试端口具体流程请咨询NXP。

04安全调试辅助工具 SDAF

NXP提供了对应的安全调试辅助工具（Secure Debug Assist Firmware, SDAF），支持用户在IAR Embedded Workbench for Arm中实现静态和动态身份认证。该工具可用于密钥派生、加密封装、UID管理等关键操作。

SDAF支持如下功能：

利用芯片UID派生ADKP密钥

封装ADKP（支持RSA-2048加密）

将封装密钥注册至本地数据库

SDAF工具与IAR调试脚本配合使用，以实现身份认证流程。SDAF工具可以在NXP S32DS的安装目录中找到，更多关于SDAF工具的信息请咨询NXP。

05安全调试（静态认证）操作流程

开发环境： IAR Embedded Workbench for Arm v9.60.4 + I-jet 硬件调试器

1. 准备工作：

a) 调试端口已加锁的NXP S32K3 MCU

b) 获取UID：在调试选项界面配置--macro_param vlk_path="C:/NXP/S32DS.3.5/S32DS/tools/S32Debugger/Debugger/Server/CCS/bin"即配置SDAF工具的路径，然后直接启动调试，身份认证失败后会退出调试，但在Debug log中有打印UID信息。（只有With UID Diversified情况下，需要进行这步操作)

c) 获取ADKP。ADKP为认证密钥，一般由安全人员保管。本示例的ADKP为0x00112233445566778899AABBCCDDEEFF

2. 使用SDAF工具（需要使用admin权限操作SDAF工具），通过volkano_utils.exe的derive_adkp命令，用芯片 UID 来派生 ADKP。(只有With UID Diversified情况下，需要进行这步操作)

3. 在Debugger选项中，按下图格式输入密钥，本示例中：

a) Without UID Diversified模式: 密钥为0x00112233445566778899AABBCCDDEEFF

b) With UID Diversified模式: 密钥为上一步所生成的派生后的ADKP，本例为0xB61A47A672A895E0F384EA32EBD99626

4. 启动调试后，在连接内核时，会调用调试脚本的函数_ExecDeviceCoreConnect() -> _authentication() ->_key()，将密钥写入相应的寄存器。

5. 密钥写入后， _authentication()函数检查是否JTAG调试已开放，如已开放，则继续调试，否则退出调试。

06总结

本文主要以静态认证为例介绍了如何在IAR Embedded Workbench for Arm中实现NXP S32K3的安全调试。

NXP S32K3的动态认证安全调试也已经在IAR Embedded Workbench for Arm中实现，如有需求，欢迎联系IAR中国获取更多详细信息。