T∕TAF 194-2023 集成独立安全芯片的行业物联网模组安全技术要求

CCSM30电信终端产业协会发布T/TAF194—2023I前言 2规范性引用文件 3术语和定义 5.1独立安全芯片 5.2集成独立安全芯片的物联网模组安全架构 5.3集成独立安全芯片的物联网模组安全服务组件 45.4集成独立安全芯片的物联网模组架构图 6物联网模组基本功能要求 6.1通信能力要求 6.2模组标识管理 6.3模组状态管理 6.4模组参数预置管理 6.6调试功能要求 6.7网络连接检测能力要求 6.8软件下载与升级管理 7物联网模组传输层安全协议技术要求 7.1物联网模组传输层安全协议概述 7.2物联网模组传输层安全协议要求 8物联网模组安全技术要求 8.1独立安全芯片安全要求 8.2安全芯片功能通信接口安全技术要求 8.3基础安全服务组件安全要求 8.4扩展安全服务组件安全要求 9物联网模组安全AT指令技术要求 9.1物联网模组安全AT指令概述 9.2物联网模组安全AT指令要求 10.1温度要求 10.2其他可靠性要求 附录A（资料性）物联网模组安全AT指令 参考文献 T/TAF194—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由电信终端产业协会提出并归口。本文件起草单位：郑州信大捷安信息技术股份有限公司、中国信息通信研究院、博鼎实华（北京）技术有限公司、联想（北京）有限公司、深圳信息通信研究院、高通无线通信技术(中国)有限公司、蚂蚁科技集团股份有限公司、国民认证科技（北京）有限公司、四川长虹电子控股集团有限公司、阿里巴巴(中国)有限公司、上海移柯通信技术股份有限公司。本文件主要起草人：刘献伦、王平、袁琦、刘为华、李鑫、康亮、董霁、徐晓娜、王韬、李汝鑫、冯志芳、王江胜、林冠辰、王宇晓、李俊、张宏星、张一驰、黄天宁、王佳、黄德俊、刘俊、沈峰、杨超。T/TAF194—2023相关法律的颁布实施，国内对信息安全问题越来越重视。同时，随着5G的发展，国内物联网终端设备数量爆发式增长（截至2021年8月份，中国三大基础电信运营商发展蜂窝物联网终端用户已达13亿）。在垂直行业领域，物联网技术的推广和应用提高了行业生产的效率，然而信息安全问题成为是行业客户重点关注的问题，尤为关注的是物联网通信过程中数据被篡改、信息被泄露和身份被冒用等问题。物联网模组是物联网终端设备传输数据的重要实现方式。虽然在目前各类蜂窝通信协议中已采用了多种密码技术来保证通信网络层安全，但在金融、电信、交通、能源、水利等关键信息基础设施行业应用中，网络层采用的信息安全保护措施还不足以满足行业客户对数据安全的要求。针对行业客户对信息安全合规性和对数据安全增强安保护的需求，需要在应用层采用更安全的密码技术对数据在存储、传输等环节进行机密性、真实性和完整性保护。物联网设备自身要集成密码安全芯片、具备一定安全能力，需要对物联网设备进行硬件改造，对相应增加研发周期和成本。在不改变目前通信网络及物联网模组的使用方式下，如何给行业客户提供更多可选的数据安全保护能力、减少产品碎片化，优化行业物联网系统使用密码产品的周期和成本就显得尤为重要。为加快物联网设备集成安全芯片能力，降低改造难度，将安全芯片集成到物联网模组中，通过物联网模组为物联网设备提供安全服务成为较优的方式。所以，集成安全芯片功能的物联网模组方案被提出并推广使用。本文件就此类方案进行统一规范，便于更好的推动行业应用。T/TAF194—20231集成独立安全芯片的行业物联网模组安全技术要求本文件规定了集成独立安全芯片的行业物联网模组安全技术要求，主要包含集成独立安全芯片的物联网模组安全架构、物联网模组基本功能要求、物联网模组传输层安全协议技术要求、物联网模组安全技术要求、物联网模组安全AT指令技术要求和物联网模组可靠性要求等。本文件适用于集成独立安全芯片的面向行业的物联网模组（如SE和物联网卡形态等）。个别条款不适用于特殊行业、专业应用，其他类似模组也可参考使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T22186—2016信息安全技术具有中央处理器的IC卡芯片安全技术要求ISO/IEC15408信息技术安全评估准则（CommEvaluation)GSMAFS.48基于GBA的证书配置指南（GuidelinesforGBAB3GPPTS33.220通用认证架构(GAA)；通用引导架构(GBA)（GenericAuthenticationArchitecture3术语和定义GB/T25069—2022界定的以及下列术语和定义适用于本文件。物联网模组IOTmodules集成了基带芯片、存储器、功放器件，并提供标准的接口功能，能使各种物联网设备实现蜂窝通信的通信模组。集成独立安全芯片的物联网模组IoTmodulesintegratedsecuritychipsfunctionT/TAF194—20232集成独立安全芯片，且具备一定安全能力并可对使用模组的物联网设备提供安全服务的物联网安全模组。独立安全芯片securitychip含有密码算法、真随机数生成等安全功能，能独立实现密钥管理机制的集成电路。物联网安全平台IOTsecurityplatform具有对物联网设备身份认证、数据加解密、安全通信等安全能力的物联网服务平台。安全服务组件securityservicecomponents运行在物联网模组系统内，实现一定安全功能并提供安全相关的服务接口供其他程序调用的软件程序。4缩略语下列缩略语适用于本文件。AP：应用处理器（ApplicationProcessor）API：应用编程接口（ApplicationProgrammingInterface）CoAP：受限应用协议（ConstrainedApplicationProtocol）CPU：中央处理器（CentralDTLS：数据包传输层安全性协议（DatagramTransportLayerSecurity）GBA：通用引导架构（GenericBootstrappingArchitecture）HTTP：超文本传输安全协议（HyperTextTransferProtocol）I2C：集成电路总线（Inter-IntegratedCircuit）IP：网际协议（InternetProtocol）MCU：微控制器（MicrocontrollNB-IoT：窄带蜂窝物联网（NarrowBand-InPIN：个人标识码（Personalidentificationnumber）QoS：服务质量（QualityofService）SE：安全芯片（SecurityChip）T/TAF194—20233SPI：串行外设接口（SerialPeripheralInterface）TCP：传输控制协议（TransmissionControlProtocol）TEE：可信执行环境（TrustedExecutionEnvironment）TLCP：传输层密码协议（TransportLayerCryptographyProtocol）TLS：传输层安全协议（TransportLayerSecurity）UART：通用异步收发传输器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）USB：通用串行总线（UniversalSerialBus）5.1独立安全芯片独立安全芯片是含有密码算法、真随机数生成等安全功能，能实现密钥管理机制的集成电路。独立安全芯片如图1所示。密码算法密码算法运算随机数管理随机数发生器密钥管理安全芯片安全存储图1独立安全芯片框图安全芯片提供的功能主要包括：a)随机数生成：要具有物理噪声源生成真随机数的功能；b)密码算法运算：包括分组密码算法、公钥密码算法、杂凑密码算法和序列密码算法中的一种或多种；c)密钥管理：对密钥的生成、存储、使用、更新、导入、导出、销毁等环节有安全管理机制；d)敏感信息保护：对需要存储的敏感信息要有保密存储、访问控制等保护机制；e)安全访问接口：包括访问芯片的物理和逻辑接口，并且物理和逻辑接口要有相应的安全技术措施。根据安全芯片要达到安全等级不同，安全芯片自身还会有自检、审计、密钥及敏感信息自毁、计时攻击防护、能量分析攻击防护、电磁分析攻击防护等功能。5.2集成独立安全芯片的物联网模组安全架构T/TAF194—20234安全架构图主要有下列两种，集成独立安全芯片的物联网模组安全架构一般有下面两类常见方式：a)集成独立安全芯片功能的物联网模组是在物联网模组上集成独立安全芯片，独立安全芯片通过通用的硬件通信接口与物联网模组的主芯片连接，安全架构如图2所示。主芯片主芯片通用硬件通信接口独立安全芯片物联网模组基础安全服务组件扩展安全服务组件基带子系统射频前端图2集成独立安全芯片的物联网模组安全架构图b)在主芯片内有TEE的情况下，独立安全芯片的安全功能可通过TEE子系统提供。服务组件可通过TEE子系统调用独立安全芯片的能力，安全架构如图3所示。射频前端射频前端基带子系统基带子系统基础安全服务组件基础安全服务组件安全调用扩展安全服务组件TEETEE子系统主芯片通用硬件通信接口独立安全芯片物联网模组图3通过TEE调用独立安全芯片安全的物联网模组安全架构图5.3集成独立安全芯片的物联网模组安全服务组件T/TAF194—20235物联网模组的MCU/AP运行操作系统，需在操作系统内以软件方式集成安全服务组件。一般安全服务组件包括基础安全服务组件和扩展安全服务组件两类。a)基础安全服务组件主要包括：1）安全芯片硬件接口驱动程序，如USB/SPI/I2C/ISO7816等接口的驱动程序；2）安全服务接口，该接口宜符合GB/T35291-2017要求。b)扩展安全服务组件，是实现安全协议的程序，扩展安全服务组件通过调用基础服务组件的接口与安全芯片交互以实现安全功能。可根据不同的物联网模组选择集成不同的扩展安全服务组件，基础安全服务组件一般是必须被集成的使用；扩展安全服务组件自主选择，一般为了便于使用安全功能，推荐被集成使用。5.4集成独立安全芯片的物联网模组架构图集成独立安全芯片的物联网模组主要包含模组基本安全功能、模组安全协议、模组安全AT指令、模组安全和可靠性等要求，如图4所示。参数预置状态管理参数预置状态管理独立安全芯片安全扩展安全服务组件主芯片射频前端其他…图4集成独立安全芯片的物联网模组架构图6物联网模组基本功能要求6.1通信能力要求根据业务需求，物联网模组应具有一种或多种蜂窝网络模式下接入和网络能力。相应制式应满足国内相关国家标准、行业标准的要求。6.2模组标识管理物联网模组应具备模组标识，以便平台对模组和终端设备进行管理。T/TAF194—202366.3模组状态管理物联网模组应具备模组状态管理功能，即具备模组状态信息的检测和上报能力。6.4模组参数预置管理物联网模组应预置蜂窝网络承载接入参数，如APN、端口号等。6.5SIM卡功能要求物联网模组应至少支持SIM、USIM、e-6.6调试功能要求物联网模组应支持开发调试功能。6.7网络连接检测能力要求物联网模组可支持模拟发包、心跳报文发送、QoS指标检测及上报的网络连接检测功能。6.8软件下载与升级管理物联网模组应为集成该模组的终端提供软件下载和升级的通信通道，应支持通过本地升级或远程升级的方式进行自身软件下载与升级。7物联网模组传输层安全协议技术要求7.1物联网模组传输层安全协议概述集成独立安全芯片的物联网模组，可选择不同的传输层安全协议连接物联网安全平台，以实现端到云的安全通信。如图5所示。图5物联网设备到物联网安全平台通信7.2物联网模组传输层安全协议要求物联网模组传输层安全协议安全要求具体包括：a)传输层安全协议应调用安全芯片提供的安全能力，如在身份认证、协议握手、数据传输等过程调用安全芯片提供的安全能力；b)对支持传输层TCP协议的物联网模组，宜实现TLS/TLCP等安全协议（TLS协议应使用1.2及以上版本，TLCP协议应使用1.1及以上版本）。基于TCP协议的应用层协议（如HTTP，MQTT等）应使用支持的安全协议；T/TAF194—20237c)对支持传输层UDP协议的物联网模组，宜实现DTLS安全协议（DTLS协议应使用1.2及以上版8物联网模组安全技术要求8.1独立安全芯片安全要求安全芯片需符合下列要求：a)安全芯片硬件接口应支持UART、SPI、USB、I2C、ISO7816等中的一种或多种；b)安全芯片应使用安全的密码算法，应支持符合国家或行业标准要求的密码算法，具体包括：1)应支持常用的对称密码算法的一种或多种，如SM4、AES等密码算法；2)应支持常用的非对称密码算法一种或多种，如SM2、RSA-2048、SM9等密码算法；3)应支持常用的摘要密码算法一种或多种，如SM3、SHA-256等密码算法；4)应支持多种密码算法运算模式一种或多种，如c)安全芯片应支持密码运算所需密钥的安全管理，包括密钥的导入、生成、存储或更新功能；应支持多组存储容器，每组可存储一对签名公私钥对、加密公私钥对和会话密钥等；d)安全芯片应支持证书安全管理，包括证书文件的导入、存储或更新功能；8.2安全芯片功能通信接口安全技术要求集成独立安全芯片的物联网模组为物联网设备提供安全芯片能力的通信接口一般有三类。如图6所示。安全芯片功能安全芯片功能集成安全芯片功能的物联网模组扩展安全服务组件基础安全服务组件①②③物联网设备处理程序图6物联网模组和设备的通信方式示意图针对三类通信方式，需符合下列要求：a)物联网模组应至少支持安全AT指令集通信方式，即第①类方式，扩展的安全AT指令集参考附录A：T/TAF194—20238b)物联网模组可根据自身配置能力，宜支持虚拟网口通信方式，即第②类方式。c)物联网模组可根据自身配置能力，可支持其他通用硬件接口通信方式，即第③类方式：8.3基础安全服务组件安全要求基础安全服务组件通过驱动程序和安全芯片通信，应支持不同的芯片形态和不同的硬件接口，同时提供可供扩展服务组件调用的API，API的定义宜支持GB/T35291-2017要求。基础安全服务组件应至少适用于Windows、Linux、Android等多种操作系统的一种。8.4扩展安全服务组件安全要求扩展安全服务组件需符合下列要求。a)扩展安全服务组件宜符合GB/T35291-2017要求；b)针对支持TCP/IP协议的物联网模组，如LTE/5G物联网模组，应符合7.2b项要求；c)针对仅支持UDP协议的物联网模组，如窄带物联网（NB-IoT）模组，应符合7.2c项要求；d)应至少适用于Windows、Linux、Android等协议栈完整的操作系统中的一种。9物联网模组安全AT指令技术要求9.1物联网模组安全AT指令概述安全AT指令是物联网模组供物联网设备调用安全功能的方式之一，主要包含平台登录认证方式设置指令、TLS相关指令、PIN码相关指令和密码算法相关指令、证书相关指令和随机数相关指令等。这些AT指令可根据需要进行扩展。9.2物联网模组安全AT指令要求物联网模组AT指令应符合3GPPTS27.007，调用方式可参见8.2章节。物联网模组安全AT指令参考附录A所示。10.1温度要求物联网模组应满足以下环境温度范围内正常工作及存储要求：a)各型模组应能在-40°C～85°C的范围内存储；b)用于消费类应用的模组应能在-20°C～60°C范围内正常工作；c)用于工业类应用的模组应能在-40°C～85°C范围内正常工作；T/TAF194—20239d)用于车规类应用的模组应能在-40°C～85°C范围内正常工作，可在85°C～125°C范围工作。10.2其他可靠性要求物联网通用模组应符合集成该模组的终端所在行业的国家标准规定的可靠性要求。T/TAF194—2023（资料性）物联网模组安全AT指令A.1平台登录认证方式设置AT指令A.1.1平台登录认证方式设置AT指令列表平台登录认证方式设置AT指令见表A.1。表A.1平台登录认证方式设置AT指令A.1.2AT+SETAUTH表A.2AT+SETAUTH指令用于配置设备接入物联网平台采用的身A.2TLS相关AT指令A.2.1TLS相关AT指令列表T/TAF194—2023TLS相关AT指令具体见表A.3。表A.3TLS相关AT指令A.2.2AT+TLSCFG表A.4AT+TLSCFG指令——A.2.3AT+TLSOPEN表A.5AT+TLSOPEN指令T/TAF194—2023表A.5AT+TLSOPEN指令（续）——无—A.2.4AT+TLSCLOSE表A.6AT+TLSCLOSE指令—无—A.2.5AT+TLSSTAT表A.7AT+TLSSTAT指令T/TAF194—2023表A.7AT+TLSSTAT指令（续）用于查询与物联网平台安全接入网关的安全连接状态—无—获取状态指令举例A.2.6AT+TLSVERSION表A.8AT+TLSVERSION指令——A.3PIN码相关AT指令A.3.1PIN码相关AT指令列表PIN码相关AT指令具体见表A.9。T/TAF194—2023表A.9PIN码相关AT指令A.3.2AT+ChangePIN表A.10AT+ChangePIN指令——A.3.3AT+VerifyPINT/TAF194—2023表A.11AT+VerifyPIN指令+VerifyPIN:(0,1),(List——A.4非对称加解密算法相关AT指令A.4.1非对称加解密算法相关AT指令列表非对称加解密算法相关AT指令列表具体见表A.12。表A.12非对称加解密相关AT指令A.4.2AT+GenECCKeyPairT/TAF194—2023表A.13AT+GenECCKeyPair指令Xxxxxx(生成的公钥),——A.4.3AT+ImportECCKeyPairEx表A.14AT+ImportECCKeyPairEx指令(0,1),——设置指令T/TAF194—2023A.4.4AT+ECCSignData表A.15AT+ECCSignData指令——A.4.5AT+ECCVerify表A.16AT+ECCVerify指令T/TAF194—2023表A.16AT+ECCVerify指令（续）——A.4.6AT+ECCEncrypt表A.17AT+ECCEncrypt指令——T/TAF194—2023表A.17AT+ECCEncrypt指令（续）设置指令举例A.4.7AT+ECCDecrypt表A.18AT+ECCDecrypt指令(0,1),——设置指令举例T/TAF194—2023A.5对称加解密算法相关AT指令A.5.1对称加解密算法相关AT指令列表对称加解密算法相关AT指令具体见表A.19。表A.19对称加解密算法相关AT指令A.5.2AT+EncryptInitAT指令AT+EncryptInit见表A.20。表A.20AT+EncryptInit指令——A.5.3AT+EncryptT/TAF194—2023表A.21AT+Encrypt指令—参数说明—A.5.4AT+DecryptInitAT指令AT+DecryptInit表A.22AT+DecryptInit指令T/