현대 32비트 MCU에서의 고급 보안 기능

연결된 장치의 급속한 확산은 임베디드 시스템의 보안 환경을 근본적으로 변화시켰습니다. 현대의 32비트 마이크로컨트롤러(MCU)는 장치 복제 및 펌웨어 변조부터 전력 소비나 전자기 방출의 미묘한 변화를 이용하는 사이드 채널 공격에 이르기까지 점점 더 정교해지는 다양한 보안 위협에 대한 첫 번째 방어선으로 작용합니다. 이러한 진화는 MCU 제조업체들이 기본 코드 보호 및 암호화를 훨씬 넘어서는 포괄적인 보안 아키텍처를 개발하도록 이끌었습니다.

이러한 고급 보안 기능은 이전 MCU의 기본적인 보호 메커니즘에서 크게 발전한 것을 나타냅니다. 오늘날 선도하는 32비트 MCU는 안전한 부팅 프로세스, 암호화 가속기, 런타임 보호 시스템을 포함한 정교한 하드웨어를 통합하여 견고한 보안 기반을 만들어냅니다. 이러한 프로세서가 산업, 자동차, IoT 애플리케이션 전반에서 민감한 데이터와 중요한 제어 기능을 점점 더 처리함에 따라, 임베디드 시스템 디자이너와 보안 아키텍트가 그들의 보안 능력과 한계를 이해하는 것이 필수적입니다. 

하드웨어 기반 보안 기반

현대 MCU 보안의 핵심에는 하드웨어 기반 보호가 있습니다. 보안 암호화 영역과 신뢰할 수 있는 실행 환경의 통합은 강력한 보안 구현을 위한 기반을 제공합니다. ARM TrustZone^® 기술은 인기 있는 Cortex-M 기반 MCU에서 널리 채택되어, 주 처리 환경과 독립적으로 작동하는 격리된 보안 도메인을 생성합니다. 이 하드웨어 강제 분리는 주 시스템이 손상되더라도 민감한 작업이 보호되도록 보장합니다.

다양한 제조업체들은 각기 다른 방식으로 하드웨어 보안을 구현하며, 각각 독특한 장점을 제공합니다. 많은 STM32 MCU들은 STMicroelectronics에서 보안 메모리 영역과 보호된 주변 장치를 생성하는 하드웨어 격리 메커니즘을 특징으로 합니다. NXP의 LPC 시리즈 32비트 MCU는 암호화 작업 및 보안 키 저장을 관리하는 전용 보안 하위 시스템을 포함합니다. 이러한 하드웨어 기반 접근 방식은 소프트웨어 전용 솔루션에 비해 훨씬 강력한 보호를 제공합니다.

비용-보안 트레이드오프

하드웨어 보안 기능은 강력한 보호를 제공하지만, 그 구현은 다양한 트레이드오프를 신중하게 고려해야 합니다. 고급 보안 기능을 갖춘 MCU는 암호화 가속기 및 변조 방지 저장 모듈과 같은 전용 보안 하드웨어에 필요한 추가 실리콘 면적과 복잡성을 반영하여 비보안 변형에 비해 가격 프리미엄을 가집니다.

보안 기능은 본질적으로 시스템 성능과 전력 소비에 영향을 미칩니다. 하드웨어 암호화 가속기는 활성화될 때 추가 전력을 소비하고, 안전한 부팅 프로세스는 시작 오버헤드를 추가하며, 보호된 메모리 영역은 사용 가능한 프로그램 공간을 줄입니다. 제조업체들은 이러한 기능을 지원하기 위해 보안 구성 도구와 문서를 제공하고 있지만, 이를 구현하기 위해서는 전문적인 전문 지식과 보안 특화 개발 도구가 필요합니다. 이러한 노력은 특히 물리적 리콜이 비현실적일 수 있는 IoT 장치에서 보안 취약점의 잠재적 비용을 고려할 때 훌륭한 투자로 입증되곤 합니다.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

대체 32비트 MCU 아키텍처

ARM TrustZone의 32비트 MCU 분야에서의 리더십을 넘어, 다른 강력한 아키텍처 삼총사가 특수 애플리케이션을 위한 독특한 보안 이점을 제공합니다. 마이크로칩의 MIPS 기반 PIC32 시리즈는 하드웨어 암호 엔진과 CodeGuard^™ 기술을 통해 강력한 보호 기능을 제공합니다. 동시에, 인피니언의 TriCore 아키텍처는 통합 하드웨어 보안 모듈(HSM)을 통해 자동차 애플리케이션에서 자리 잡았습니다. 한편, 오픈 소스 RISC-V 아키텍처는 물리적 메모리 보호(PMP) 및 맞춤형 보안 확장 기능을 통해 광범위한 유연성을 제공하며 빠르게 입지를 넓혀가고 있습니다.

보안 인증 표준 및 준수

보안 인증은 현대 MCU 선택 및 구현에서 중요한 역할을 합니다. 공통 평가 기준 (CC) 인증은 보안 기능의 표준화된 평가를 제공하며, 많은 MCU가 EAL4+ 인증 또는 그 이상을 달성합니다. 미국 정부의 FIPS 140-3 표준은 암호화 모듈에 대한 구체적인 요구 사항을 설정하며, IoT 플랫폼을 위한 보안 평가 표준 (SESIP) 인증은 연결된 MCU를 위해 등장했습니다. 

의료 기기 제조업체는 종종 CC 인증을 요구하는 반면, 정부 응용 프로그램은 일반적으로 FIPS 준수를 요구합니다. 선도적인 제조업체들은 인증 요구 사항을 염두에 두고 보안 기능을 설계하여 인증 제품을 시장에 출시하는 시간과 비용을 줄이는 데 도움을 줍니다.

보안 부팅 및 펌웨어 보호

보안 부팅은 전체 시스템의 신뢰의 근원으로, 하드웨어에서 시작하여 모든 소프트웨어 계층을 통해 이어지는 신뢰의 체인을 구현합니다. 이 과정은 일반적으로 하드웨어로 보호된 부트로더가 디지털 서명을 통해 다음 단계 부트로더의 진위성을 검증하는 것으로 시작합니다. 각 후속 소프트웨어 구성 요소는 제어를 전송하기 전에 다음을 검증해야 하며, 이를 통해 신뢰할 수 있는 실행의 완전한 체인을 보장합니다.

제조업체들은 보안을 유지하면서 과정을 관리하는 강력한 메커니즘을 통해 안전한 펌웨어 업데이트를 해결했습니다. 현대의 MCU는 암호화된 펌웨어 패키지와 다운그레이드 공격을 방지하는 롤백 보호를 구현하며, 완전히 완료되거나 안전하게 실패하는 원자적 업데이트를 보장합니다.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

암호화 가속 및 키 관리

현대의 32비트 MCU는 대칭 암호화(AES), 비대칭 암호화(RSA, ECC), 해시 함수(SHA-256, SHA-384), 메시지 인증 코드(HMAC)를 포함한 필수 작업을 처리하기 위한 전용 암호화 가속기를 포함합니다. 키 관리는 복잡한 접근 제어가 있는 보호된 메모리 영역에 의존하며, 하드웨어 기반 난수 생성기는 전기적 잡음과 같은 물리적 효과를 사용하여 키 생성을 위한 진정으로 예측할 수 없는 값을 생성합니다. 

안전한 키 처리는 장치 수명 주기 전반에 걸쳐 이루어집니다. 보호된 키 주입 메커니즘은 안전한 제조 공정을 용이하게 하며, 영구적인 키 파괴 기능은 보안 침해나 장치 폐기 시 민감한 데이터를 보호합니다.

런타임 보호 및 위협 탐지

현대의 MCU는 여러 방어 계층을 통한 포괄적인 런타임 보호를 구현합니다. 메모리 보호 장치(MPUs)는 엄격한 접근 제어를 시행하고 데이터 영역에서의 코드 실행을 방지하며, 하드웨어 기반 방화벽은 잠재적으로 손상된 소프트웨어 구성 요소로부터 중요한 주변 장치를 격리합니다. 고급 변조 탐지 시스템은 전압 글리칭, 클록 조작, 온도 극단과 같이 보안 조치를 우회하는 데 사용될 수 있는 정교한 물리적 공격을 지속적으로 모니터링합니다.

이러한 런타임 보호는 전통적인 경계 검사와 메모리 분리를 넘어섭니다. 현대의 MCU는 프로그램 코드와 보안에 중요한 데이터의 실시간 무결성 모니터링을 결합합니다. 일부 고급 구현에는 예상치 못한 명령어 시퀀스나 비정상적인 메모리 접근 패턴과 같은 의심스러운 행동 패턴을 감지하고 대응하는 전용 하드웨어 모니터가 포함되어 있습니다. 잠재적인 보안 위반 사항이 감지되면, MCU는 간단한 시스템 리셋부터 키 파괴나 안전한 데이터 삭제와 같은 정교한 대응 조치에 이르기까지 다양한 반응을 촉발할 수 있습니다. 이는 활발한 공격 상황에서도 민감한 자산이 보호될 수 있도록 보장합니다.

내일의 MCU 보안

32비트 MCU 보안의 진화는 임베디드 시스템 설계에서 구조적 변화를 시사합니다. 보안은 선택적 추가 기능에서 핵심 아키텍처 요소로 발전했습니다. 오늘날의 MCU 설계자들은 하드웨어 강제 보안과 결정적 성능 사이의 균형, 전 세계 공급망에 걸친 안전한 키 수명 주기 관리, 점점 더 정교해지는 물리적 조작 기술에 대한 방어와 같은 복잡한 조정 과제에 직면해 있습니다.

Meet US Government Security Requirements

Foster real-time collaboration with enhanced data security and access controls

Find Out More

여러 발전이 미래 MCU 보안 아키텍처에 영향을 미칠 것입니다. 양자 내성 암호 구현은 키 저장 및 암호화 가속에 대한 새로운 접근 방식을 요구할 것입니다. AI 기반 공격의 부상은 제조업체가 엄격한 전력 및 지연 한계 내에서 새로운 이상 탐지 기능을 개발하도록 밀어붙일 것입니다. 가장 중요하게는, 보안 기능이 동적인 신뢰 관계와 지속적으로 진화하는 위협 모델을 지원하는 협력적 장치 생태계에 적응해야 합니다.

이 분야에서 성공하기 위해서는 보안 결정이 실리콘과 소프트웨어부터 배포 인프라에 이르기까지 전체 시스템 설계를 통해 어떻게 파급되는지에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 이 복잡성을 마스터하는 MCU 제조업체와 임베디드 개발자들이 보안이 강화된 연결된 시스템의 다음 세대를 정의할 것입니다.