2021年發(fā)布的Qi^? 1.3標(biāo)準(zhǔn)在確保提高充電器對消費(fèi)者的安全性方面發(fā)揮了很大作用,。

　　新技術(shù)的出現(xiàn)受到了反對意見的阻礙,，Qi感應(yīng)式充電技術(shù)頗費(fèi)時(shí)日才被廣泛接受。因此，雖然Qi早在2010年就已發(fā)布，但又過了五年才占據(jù)主導(dǎo)地位。自那時(shí)起,，無線充電聯(lián)盟（WPC）對Qi進(jìn)行了重大改進(jìn)，但直到2021年初,，聯(lián)盟才增加了一項(xiàng)協(xié)議,，從而使支持Qi的設(shè)備制造商能夠驗(yàn)證充電器的身份及其對Qi規(guī)范的遵守情況。這項(xiàng)功能可以剔除那些可能損害甚至損毀其充電產(chǎn)品的充電器,，因此無疑是Qi 1.3中最重要的新特性,。

　　具體來說，Qi 1.3規(guī)范要求充電器制造商必須在無線充電器中嵌入稱為“產(chǎn)品單元證書”的公鑰基礎(chǔ)架構(gòu)（PKI）,，以使其能夠?qū)χ悄苁謾C(jī)進(jìn)行身份驗(yàn)證,。該關(guān)鍵功能通過嵌入式方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗捎米罘€(wěn)健但最基礎(chǔ)的方法來提供身份驗(yàn)證,，即構(gòu)成庫的安全元件,，這些元件與單片機(jī)相鄰,，用于單獨(dú)存儲(chǔ)關(guān)鍵信息，與器件的主處理器隔離（圖1）,。此功能會(huì)極大提高繞過安全機(jī)制的難度,，并且可以使用自己專用的獨(dú)立處理能力和存儲(chǔ)器，無需任何共享資源,。

　　圖1. Qi^? 1.3標(biāo)準(zhǔn)要求必須進(jìn)行安全配置

　　安全元件并非新鮮事物,，它已在物聯(lián)網(wǎng)、信用卡,、支付系統(tǒng)和加密貨幣交易等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,。例如，自2009年以來,，現(xiàn)在廣泛用于智能支付的近場通信（NFC）一直依賴于安全元件,，從2019年起，幾乎所有智能手機(jī)都集成了安全元件,，因此,，將這項(xiàng)技術(shù)添加到無線充電中并不算為時(shí)過早。

　　工作原理

　　身份驗(yàn)證過程比較復(fù)雜,，但此過程是在后臺(tái)進(jìn)行的,，不需要人為干預(yù)且用時(shí)不到一秒。手機(jī)是接收器,，它位于充電器（在規(guī)范中被稱為發(fā)射器）上,。Qi 1.3規(guī)定必須進(jìn)行單向身份驗(yàn)證，這意味著發(fā)射器必須以加密方式向手機(jī)證明其可信且被識(shí)別為WPC生態(tài)系統(tǒng)的安全成員（圖2）,。

　　圖2. 通過CryptoAuthLib進(jìn)行單向身份驗(yàn)證

　　如果沒有經(jīng)過身份驗(yàn)證,，手機(jī)可以完全拒絕充電，更典型的情況是將接受的充電功率限制在5W而不是15W,，從而導(dǎo)致充電緩慢,。由于大多數(shù)智能手機(jī)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序，造成的結(jié)果是用戶體驗(yàn)不佳,，進(jìn)而會(huì)對充電器制造商的聲譽(yù)產(chǎn)生負(fù)面影響,。

　　要實(shí)現(xiàn)高效、安全的身份驗(yàn)證,，還必須采用安全的生產(chǎn)流程,，并結(jié)合采用可形成安全存儲(chǔ)子系統(tǒng)（SSS）（通常稱為安全密鑰存儲(chǔ)器件或安全元件）的過程。Qi 1.3使用從充電器到手機(jī)的單向身份驗(yàn)證,，在此期間,，充電器必須以加密方式向手機(jī)證明其可信。如果身份驗(yàn)證失敗,，手機(jī)有兩個(gè)選擇：它可以將充電功率從最大15W降低到5W,，或者拒絕充電器,。

　　如果更深入地研究該過程，手機(jī)將要求充電器提供證書和簽名,，以驗(yàn)證其為具有私鑰的WPC認(rèn)證產(chǎn)品,，并簽署由手機(jī)發(fā)出的質(zhì)詢，證明其已獲知機(jī)密信息且不曾泄露,。Qi 1.3標(biāo)準(zhǔn)要求私鑰必須由經(jīng)過認(rèn)證的SSS存儲(chǔ)和保護(hù),。橢圓曲線數(shù)字簽名算法和私鑰都必須在同一物理安全邊界內(nèi)，以確?？尚诺纳矸蒡?yàn)證,。

　　SSS必須根據(jù)聯(lián)合解析庫（JIL）漏洞評分系統(tǒng)證明其保護(hù)加密密鑰的穩(wěn)健性，該系統(tǒng)于2000年代中期首次推出,，用于提高智能卡的效率和安全性,，現(xiàn)已成為其他許多需要安全功能的應(yīng)用的穩(wěn)健基準(zhǔn)。它側(cè)重于評估安全元件的存儲(chǔ)強(qiáng)度,，以確定其達(dá)到的特定JIL級(jí)別,，JIL從五個(gè)方面對性能進(jìn)行評級(jí)：

　　·破解算法所需的時(shí)長

　　·攻擊者必須具備的技能水平

　　·要實(shí)現(xiàn)成功的攻擊需要對評估對象（TOE）的了解程度（在此種情況下,，TOE是指充電器）

　　·獲得TOE樣片所需的難度,，以及需要的樣片數(shù)

　　·一次成功攻擊所需的設(shè)備類型

　　在充電器可供銷售之前，需要采取其他步驟來保護(hù)充電器在生產(chǎn)時(shí)所具備的信任級(jí)別,，目的是消除對私鑰的暴露,。要構(gòu)建可信鏈，所有私鑰都必須位于生產(chǎn)場地的硬件安全模塊（HSM）中或充電器的SSS內(nèi),。然后,，必須確定這些私鑰的產(chǎn)生、存儲(chǔ)和構(gòu)成可信鏈的方式,。這是通過WPC所謂的密鑰儀式實(shí)現(xiàn)的,。完成后，現(xiàn)已通過加密方式建立了可信鏈,，同時(shí)不會(huì)暴露給外部合約制造商或第三方,。結(jié)果是，WPC,、手機(jī)和充電器三者之間相互信任,，這意味著WPC可以信任手機(jī)，反之亦然,。

　　認(rèn)證生態(tài)系統(tǒng)

　　由于可信鏈需要各方的參與,，因此認(rèn)證過程對參與其中的各方來說都是十分艱巨的任務(wù)，從單片機(jī)制造商到充電器本身的制造商,，均是如此,。為了解決這一問題,，Microchip是率先將這一過程的所有要素結(jié)合起來的公司之一，旨在幫助設(shè)計(jì)人員開發(fā)產(chǎn)品,，同時(shí)無需承擔(dān)必須依賴多個(gè)來源的艱巨任務(wù),。Microchip采取的方法是通過可信平臺(tái)提供公司安全元件的初始配置，以加快產(chǎn)品的上市時(shí)間,。

　　Microchip是一家獲得WPC許可的制造證書頒發(fā)機(jī)構(gòu),，可提供預(yù)配置的安全存儲(chǔ)子系統(tǒng)解決方案，以降低復(fù)雜性并縮短開發(fā)時(shí)間,。此外,，通過由WPC根證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)來處理整個(gè)密鑰儀式，技術(shù)門檻也得到降低,。作為完整的認(rèn)證參考設(shè)計(jì),，可信平臺(tái)包括應(yīng)用MCU、Qi 1.3軟件協(xié)議棧,、具有支持加密庫的安全存儲(chǔ)子系統(tǒng),，以及面向汽車和消費(fèi)類應(yīng)用的配置服務(wù)。

　　可信平臺(tái)包含一系列預(yù)先配置或完全可定制的安全元件,。通過利用公司安裝在Microchip工廠內(nèi)的硬件安全模塊（HSM）,，可在每個(gè)安全元件的邊界內(nèi)生成憑證。這些器件還配備了硬件和軟件開發(fā)工具,，使原型設(shè)計(jì)變得輕而易舉,，而且支持快速跟蹤開發(fā)。

　　總結(jié)

　　對于像充電器這樣看似簡單的設(shè)備來說,，這一切似乎有點(diǎn)夸張,，但市場上充斥著數(shù)百種不同的充電器，在Qi 1.3之前,，從來沒有一種有效的方法可以驗(yàn)證它們是優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品還是劣質(zhì)產(chǎn)品,，后者不僅可能損壞目標(biāo)設(shè)備（智能手機(jī)），還可能引發(fā)更糟糕的結(jié)果,。例如,，如果充電器安裝在車輛中，不當(dāng)操作不僅會(huì)影響智能手機(jī),，還會(huì)影響車輛本身的某些部分,。這種安全級(jí)別由來已久，但它將惠及所有相關(guān)方,，尤其是消費(fèi)者,。

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