為保證設(shè)備安全，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和通信的可靠性，各種設(shè)備對(duì)集成安全和認(rèn)證功能的需求越來越大。許多設(shè)計(jì)人員想集成強(qiáng)大的安全功能，但又想避免復(fù)雜的軟件配置，或者擔(dān)心在軟件中組裝這些功能時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏洞。本文將介紹硬件安全實(shí)施的好處以及 1-Wire 通信接口的功能，供希望在其開發(fā)的產(chǎn)品中集成安全和驗(yàn)證功能的工程師參考。

簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的安全性 — 硬件勝于軟件

在工業(yè)機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備等各種產(chǎn)品中，對(duì)安全和身份驗(yàn)證功能的需求越來越大。以下是典型示例：

在打印設(shè)備和多功能一體機(jī)中，只承認(rèn)原裝墨盒，以保護(hù)主機(jī)。

嚴(yán)格控制醫(yī)療器械上附帶的一次性元件的使用數(shù)量和有效期，以確保衛(wèi)生。

對(duì)半導(dǎo)體制造設(shè)備的配件進(jìn)行認(rèn)證，并限制使用假冒產(chǎn)品以保證安全。

最重要的是，這些安全功能必須是強(qiáng)大的。隨著開發(fā)時(shí)間的縮短，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)也很重要。許多工程師可能糾結(jié)采用軟件還是硬件來實(shí)現(xiàn)，接下來將軟件實(shí)現(xiàn)與硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行比較，如下圖 (圖1) 所示。由于需要集成和測(cè)試不同的安全功能，軟件安全的實(shí)施成本往往更高。另一方面，它相對(duì)容易被篡改和模仿，因此存在漏洞。硬件安全實(shí)現(xiàn)只需集成具有唯一 ID 的安全 IC，它還易于與其他功能集成，以降低實(shí)施成本。由于更難篡改和模仿，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的安全功能。對(duì)于那些希望通過避免復(fù)雜的軟件配置來獲得強(qiáng)大的安全功能并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的人來說，建議采用硬件實(shí)施。

圖1 軟件與硬件安全

什么是 1-Wire 串行通信接口？

1-Wire 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)現(xiàn)硬件安全方面具有許多優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)上，常用的 I2C 接口是雙線接口。除基準(zhǔn) GND 外，如下圖 (圖2) 所示，主站和從站還通過兩條通信線連接：數(shù)據(jù)信號(hào) (SDA) 和時(shí)鐘信號(hào) (SCL)。每個(gè) 1-Wire 器件都有一個(gè)唯一的 64 位注冊(cè)號(hào)。其中 48 位具有唯一的序列號(hào)，因此可以分配多達(dá)約 280 萬億個(gè)安全 ID。從 IP 保護(hù)到物聯(lián)網(wǎng)安全，ADI 銷售超過 40 億件硬件安全器件，其專有的 1-Wire 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的安全功能。

圖2 1-Wire接口

什么是 1-Wire 的安全產(chǎn)品 iButton？

在 1-Wire 接口中引起特別關(guān)注的器件之一是 iButton，一個(gè)具有唯一 ID 的集成 IC 芯片，封裝在厚度為 16 毫米的不銹鋼罐中，如下圖 (圖3)、(圖4) 所示。它可以輕松地在任何地方安裝和使用，而無需集成。封裝非常耐用，幾乎可以安裝在室內(nèi)或室外的任何地方。即使在跌落、摩擦和撞擊等惡劣環(huán)境下，它也能反復(fù)寫入和讀取，其 10 年的耐用性已在實(shí)際測(cè)試中得到驗(yàn)證。易拉罐上有一個(gè)名為"蓋子"的數(shù)據(jù)觸點(diǎn)和一個(gè)名為"底座"的接地觸點(diǎn)，通過觸碰這兩個(gè)觸點(diǎn)，可與 iButton 設(shè)備通過 1-Wire 協(xié)議進(jìn)行通信。例如，它可用于以下應(yīng)用：

安裝在門把手、鑰匙、鑰匙圈等上面，用于驗(yàn)證進(jìn)入建筑物或房間的身份

將其安裝在手表和戒指等個(gè)人物品上，以驗(yàn)證對(duì)設(shè)備、汽車、PC、各種設(shè)備等的訪問

與需要溫度控制的藥品和標(biāo)本捆綁在一起，用作數(shù)據(jù)記錄器，記錄運(yùn)輸過程中的溫度變化

獨(dú)特的 iButton 軟件包可用于實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，大大降低開發(fā)和運(yùn)營(yíng)成本。

圖3 iButton 封裝

圖4 iButton 內(nèi)部的芯片由不銹鋼保護(hù)

其他采用 1-Wire 技術(shù)的產(chǎn)品

除安全 IC 外，1-Wire 技術(shù)還用于轉(zhuǎn)換 IC、溫度傳感器和存儲(chǔ)器 IC。1-Wire 器件產(chǎn)品系列還可用于節(jié)省傳統(tǒng) I2C 和 SPI 接口的電線、用少量通信線實(shí)現(xiàn)認(rèn)證存儲(chǔ)器功能和溫度監(jiān)控的設(shè)備等。

非 1-Wire 安全 IC

下圖 (圖5)、(圖6) 為 ADI 轉(zhuǎn)換 (橋接) 與溫度傳感器代表產(chǎn)品的功能特性及封裝圖：

圖5 DS28E18

圖6 DS18B20

應(yīng)用實(shí)例

智能家居

打印機(jī)墨盒、碳粉

醫(yī)療環(huán)境中的一次性設(shè)備