Atmel AT88SC0204C CryptoMemory：高安全性能的2Kbit存儲解決方案
Atmel AT88SC0204C CryptoMemory：高安全性能的2Kbit存儲解決方案
在當(dāng)今的電子設(shè)備中，數(shù)據(jù)的安全性和可靠性至關(guān)重要。Atmel的AT88SC0204C CryptoMemory為我們提供了一個出色的解決方案，它具備先進(jìn)的安全和加密特性，適用于多種應(yīng)用場景。下面，我們就來詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。
文件下載：AT88SC0204C-MJ.pdf
一、產(chǎn)品概述
AT88SC0204C是Atmel CryptoMemory家族的一員，提供2Kbit的用戶內(nèi)存，具有先進(jìn)的安全和加密功能。其用戶內(nèi)存被分為四個64字節(jié)的區(qū)域，每個區(qū)域可單獨(dú)設(shè)置不同的安全訪問權(quán)限，也可組合起來存儲一到四個數(shù)據(jù)文件。
二、產(chǎn)品特性
（一）存儲特性
- 用戶內(nèi)存：擁有2Kbit（256字節(jié)）的EEPROM用戶內(nèi)存，分為四個64字節(jié)（512位）的區(qū)域，支持自定時寫周期，具備單字節(jié)或16字節(jié)頁寫模式，每個區(qū)域還可進(jìn)行可編程訪問權(quán)限設(shè)置。
- 配置區(qū)域：2Kbit的配置區(qū)域包含37字節(jié)的OTP區(qū)域用于用戶定義代碼，以及160字節(jié)的區(qū)域用于用戶定義密鑰和密碼。
（二）安全特性
- 認(rèn)證協(xié)議：采用64位相互認(rèn)證協(xié)議（在ELVA許可下），確保設(shè)備與主機(jī)之間的安全通信。
- 加密機(jī)制：具備加密校驗和、流加密功能，擁有四組用于認(rèn)證和加密的密鑰集，以及八組每組兩個24位的密碼。
- 防護(hù)功能：具有防撕裂功能，可在寫周期中遇到電源故障時恢復(fù)數(shù)據(jù)完整性；還配備電壓和頻率監(jiān)測功能，保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
（三）智能卡特性
- 工作模式：支持ISO 7816 Class A（5V）或Class B（3V）操作，采用ISO 7816 - 3異步（T = 0）協(xié)議（Gemplus專利），適用于與標(biāo)準(zhǔn)智能卡閱讀器的通信。
- 多應(yīng)用支持：多個區(qū)域、密鑰集和密碼可用于多應(yīng)用場景，同步2線串行接口可實(shí)現(xiàn)更快的設(shè)備初始化。
- 復(fù)位響應(yīng)：可編程8字節(jié)的復(fù)位應(yīng)答寄存器，模塊符合ISO 7816 - 2標(biāo)準(zhǔn)。
（四）嵌入式應(yīng)用特性
- 低電壓運(yùn)行：可在2.7V至5.5V的低電壓下運(yùn)行，適用于多種嵌入式系統(tǒng)。
- 安全存儲：為敏感系統(tǒng)或用戶信息提供安全的非易失性存儲。
- 高速通信：2線串行接口，兼容1.0MHz，可實(shí)現(xiàn)快速高效的通信，最多可與15個設(shè)備進(jìn)行通信，且每個設(shè)備可單獨(dú)尋址。
- 環(huán)保封裝：采用標(biāo)準(zhǔn)的8引腳塑料封裝，符合環(huán)保要求（超過RoHS標(biāo)準(zhǔn)），引腳布局與2線串行EEPROM相同，方便替換。
（五）高可靠性
- 耐用性：具有100,000次的擦寫周期，保證了設(shè)備的長期使用。
- 數(shù)據(jù)保留：數(shù)據(jù)可保留10年，確保數(shù)據(jù)的長期穩(wěn)定性。
- 靜電防護(hù)：具備4000V的最小ESD保護(hù)，提高了設(shè)備的抗干擾能力。
三、引腳說明
| Pad | Description | ISO Module | TWI Module | Standard Package Pin |
|---|---|---|---|---|
| VCC | Supply Voltage | C1 | C1 | 8 |
| GND | Ground | C5 | C5 | 4 |
| SCL/CLK | Serial Clock Input | C3 | C3 | 6 |
| SDA/IO | Serial Data Input/Output | C7 | C7 | 5 |
| RST | Reset Input | C2 | NC | NC |
（一）電源電壓（VCC）
VCC輸入為2.7V至5.5V的正電壓，由主機(jī)提供。
（二）時鐘（SCL/CLK）
在異步T = 0協(xié)議中，SCL/CLK輸入用于為設(shè)備提供載波頻率f；在同步協(xié)議中，用于正邊沿將數(shù)據(jù)時鐘輸入設(shè)備，負(fù)邊沿將數(shù)據(jù)時鐘輸出設(shè)備。
（三）復(fù)位（RST）
AT88SC0204C提供符合ISO 7816 - 3的異步復(fù)位應(yīng)答序列。復(fù)位序列激活時，設(shè)備將輸出編程到64位復(fù)位應(yīng)答寄存器中的數(shù)據(jù)。RST輸入焊盤上的內(nèi)部上拉電阻允許設(shè)備在不連接RST的情況下以同步模式使用，但該設(shè)備不支持同步復(fù)位應(yīng)答序列。
（四）串行數(shù)據(jù)（SDA/IO）
SDA引腳為雙向串行數(shù)據(jù)傳輸引腳，采用開漏驅(qū)動，可與其他開漏或集電極開路設(shè)備連接。需在SDA和VCC之間連接外部上拉電阻，電阻值和SDA總線上的系統(tǒng)電容將決定SDA的上升時間，進(jìn)而影響讀取操作的最大頻率。
四、電氣特性
（一）絕對最大額定值
| 特性 | 數(shù)值 |
|---|---|
| 工作溫度 | -40°C至 +85°C |
| 存儲溫度 | -65°C至 +150°C |
| 任何引腳相對于地的電壓 | -0.7V至Vcc + 0.7V |
| 最大工作電壓 | 6.0V |
| 直流輸出電流 | 5.0mA |
（二）直流特性
在推薦的工作范圍內(nèi)（VCC = +2.7至5.5V，TAC = -40°C至 +85°C），對設(shè)備的各項參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，如電源電壓、電源電流、輸入閾值、輸入電流、輸出電壓和輸出電流等。
（三）交流特性
在推薦的工作范圍內(nèi)（VCC = +2.7至5.5V，TAC = -40°C至 +85°C，CL = 30pF），規(guī)定了異步和同步時鐘頻率、時鐘占空比、上升時間、下降時間、數(shù)據(jù)有效時間等參數(shù)。
五、設(shè)備操作
（一）同步協(xié)議操作
- 時鐘和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：SDA引腳通常由外部設(shè)備上拉，數(shù)據(jù)只能在SCL低電平期間改變。SCL高電平期間的數(shù)據(jù)變化表示起始或停止條件。
- 起始條件：SCL高電平時，SDA由高到低的轉(zhuǎn)換為起始條件，必須在任何其他命令之前。
- 停止條件：SCL高電平時，SDA由低到高的轉(zhuǎn)換為停止條件，讀取序列后，停止命令將使EEPROM進(jìn)入待機(jī)電源模式。
- 應(yīng)答：所有地址和數(shù)據(jù)字以8位字的形式串行傳輸，EEPROM在第九個時鐘周期發(fā)送零以確認(rèn)已接收每個字。
- 內(nèi)存復(fù)位：在協(xié)議中斷、電源丟失或系統(tǒng)復(fù)位后，可通過時鐘最多九個周期、查找SCL高電平時SDA為高、創(chuàng)建起始條件等步驟來復(fù)位2線設(shè)備。
（二）協(xié)議選擇
AT88SC0204C支持兩種不同的通信協(xié)議，通過上電序列決定使用哪種協(xié)議。
- 異步T = 0協(xié)議：適用于智能卡應(yīng)用，符合ISO 7816 - 3的冷復(fù)位要求。上電時，VCC升高，RST、I/O - SDA和CLK - SCL為低，設(shè)置I/O - SDA為接收模式，提供時鐘信號到CLK - SCL，400個時鐘周期后RST升高，設(shè)備將響應(yīng)64位ATR代碼。
- 同步2線串行接口：上電后，由于RST上的內(nèi)部上拉，默認(rèn)進(jìn)入同步模式，適用于嵌入式應(yīng)用。上電時VCC升高，RST也升高，穩(wěn)定后可驅(qū)動CLK - SCL和I/O - SDA，發(fā)送第一個命令前需發(fā)送五個時鐘脈沖。
六、安全選項
（一）防撕裂功能
在寫周期中遇到電源故障時，可恢復(fù)設(shè)備存儲數(shù)據(jù)的完整性。該功能可選，激活后寫命令執(zhí)行時間會變長，數(shù)據(jù)限制為8字節(jié)。數(shù)據(jù)先寫入EEPROM的緩沖區(qū)，再寫入目標(biāo)地址，若第二次寫周期中斷，設(shè)備將在下次上電時自動從系統(tǒng)緩沖區(qū)恢復(fù)數(shù)據(jù)。在2線模式下，激活防撕裂功能后，主機(jī)在寫命令后需進(jìn)行長達(dá)8ms的ACK輪詢；上電時，主機(jī)可能需要進(jìn)行長達(dá)2ms的ACK輪詢。
（二）寫鎖定功能
若用戶區(qū)域配置為寫鎖定模式，8字節(jié)頁的最低地址字節(jié)構(gòu)成該頁字節(jié)的寫訪問字節(jié)。寫鎖定字節(jié)可通過將其最低有效位寫為“0”進(jìn)行鎖定，且寫鎖定模式激活后，寫鎖定字節(jié)只能編程，即寫入“0”的位不能恢復(fù)為“1”。在寫鎖定配置下，一次只能寫入一個字節(jié)。
七、密碼驗證和安全機(jī)制
（一）密碼驗證
密碼可用于保護(hù)任何用戶區(qū)域的讀寫訪問。有效密碼呈現(xiàn)后，將被記憶并保持有效，直到電源關(guān)閉、呈現(xiàn)新密碼或RST激活。有八組密碼可用于保護(hù)用戶區(qū)域，一次只有一個密碼有效，寫密碼也提供讀訪問權(quán)限。
（二）認(rèn)證協(xié)議
用戶區(qū)域的訪問可通過認(rèn)證協(xié)議進(jìn)行保護(hù)，可選擇四個密鑰之一與用戶區(qū)域配合使用。認(rèn)證成功后將被記憶并保持有效，直到芯片斷電、進(jìn)行新的認(rèn)證或RST激活。若新的認(rèn)證請求未通過驗證，卡片將失去之前的認(rèn)證，需重新進(jìn)行認(rèn)證。
（三）校驗和
AT88SC0204C實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)有效性檢查功能，以校驗和的形式存在，可在標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證或加密模式下工作。標(biāo)準(zhǔn)模式下，校驗和為修改檢測碼（MDC）；認(rèn)證和加密模式下，校驗和變?yōu)橄⒄J(rèn)證碼（MAC），提供雙向數(shù)據(jù)完整性檢查和數(shù)據(jù)來源認(rèn)證能力。
（四）加密功能
讀寫和驗證密碼命令期間，設(shè)備與主機(jī)之間交換的數(shù)據(jù)可進(jìn)行加密，以確保數(shù)據(jù)機(jī)密性。發(fā)行商可在配置內(nèi)存中設(shè)置要求對用戶區(qū)域進(jìn)行加密，可選擇四個密鑰之一與用戶區(qū)域配合使用。即使不要求加密，主機(jī)也可在知道正確密鑰的情況下選擇激活加密。
（五）管理員模式
啟用此功能后，持有特定密碼的用戶可完全訪問所有八組密碼，包括更改密碼的能力。
（六）禁止修改
受此功能保護(hù)的用戶區(qū)域在任何時候都不允許寫訪問，必須在設(shè)備個性化期間、熔斷安全熔絲之前寫入該區(qū)域。
（七）僅編程模式
受此功能保護(hù)的用戶區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)只能從“1”更改為“0”，不能從“0”更改為“1”。
八、初始設(shè)備編程
為啟用CryptoMemory的安全功能，需先對設(shè)備進(jìn)行個性化設(shè)置，通過簡單的讀寫命令對配置內(nèi)存進(jìn)行編程，設(shè)置多個寄存器并加載適當(dāng)?shù)拿艽a和密鑰。訪問配置內(nèi)存前，需成功提供安全代碼（AT88SC0204C的安全代碼為$E5 47 47）。寫入并驗證配置內(nèi)存中的數(shù)據(jù)后，需熔斷安全熔絲以鎖定信息。
九、訂購信息
| AT88SC0204C提供多種封裝和電壓、溫度范圍選擇，以滿足不同應(yīng)用需求。具體訂購代碼和相關(guān)信息如下： | Atmel Ordering Code | Package | Voltage Range | Temperature Range |
|---|---|---|---|---|
| AT88SC0204C - MJ | M2 - J Module - ISO | 2.7V - 5.5V | Commercial (0°C - 70°C) | |
| AT88SC0204C - MP | M2 - P Module - ISO | |||
| AT88SC0204C - MJTG | M2 - J Module - ISO | |||
| AT88SC0204C - MPTG | M2 - P Module - ISO | |||
| AT88SC0204C - PU | 8P3 | 2.7V - 5.5V | Green compliant (exceeds RoHS) | |
| AT88SC0204C - SH | 8S1 | Industrial (-40°C - 85°C) | ||
| AT88SC0204C - WI | 7 mil wafer | 2.7V - 5.5V | Industrial (-40°C - 85°C) |
十、總結(jié)
Atmel AT88SC0204C CryptoMemory以其豐富的功能和高安全性，為電子工程師在設(shè)計智能卡和嵌入式系統(tǒng)時提供了一個可靠的選擇。無論是數(shù)據(jù)存儲的安全性，還是設(shè)備的可靠性和兼容性，都表現(xiàn)出色。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的封裝和工作模式，合理配置安全選項，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢。大家在使用過程中是否遇到過類似產(chǎn)品的應(yīng)用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。
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