企业官网建设流程全解析

摘要

TF-M 提供四大核心服务：Crypto（密钥不离开安全世界）、ITS/PS（安全存储）、Attestation（设备证明）。本文用代码示例 + Zephyr/FreeRTOS 集成 + 自研 vs TF-M 成本对比，给出芯片厂商可执行的选型决策。

开篇：密钥不离开安全世界

上一期我们讲了 TF-M 的架构——TrustZone-M 两个世界、DEN0063 三级隔离、SPM 调度与 IPC。

这一期进入工程实战——TF-M 的四大核心服务怎么用？代码怎么写？

PSA Crypto API 的核心价值是一句话：

密钥不离开安全世界。

应用调用psa_generate_key()生成密钥，拿到的是key_id（一个整数句柄），而非密钥本身。所有加密操作在安全世界执行，应用只拿到结果。即使应用被完全攻破，攻击者也拿不到私钥。

一、Crypto 分区：密钥不离开安全世界

支持的算法

PSA Crypto API 代码示例

#include"psa/crypto.h"// 1. 初始化psa_crypto_init();// 2. 生成 ECDSA P-256 密钥对（私钥留在安全世界，应用拿不到）psa_key_id_tkey_id;psa_key_attributes_tattrs=PSA_KEY_ATTRIBUTES_INIT;psa_set_key_type(&attrs,PSA_KEY_TYPE_ECC_KEY_PAIR(PSA_ECC_FAMILY_SECP_R1));psa_set_key_bits(&attrs,256);psa_set_key_usage_flags(&attrs,PSA_KEY_USAGE_SIGN_HASH|PSA_KEY_USAGE_VERIFY_HASH);psa_set_key_algorithm(&attrs,PSA_ALG_ECDSA(PSA_ALG_SHA_256));psa_generate_key(&attrs,&key_id);// 3. 签名（私钥操作在安全世界执行，返回签名给应用）uint8_thash[32],sig[64];size_tsig_len;psa_sign_hash(key_id,PSA_ALG_ECDSA(PSA_ALG_SHA_256),hash,sizeof(hash),sig,sizeof(sig),&sig_len);// 4. 应用永远无法导出私钥——psa_export_key() 对不可导出密钥返回错误

💡工程视角：PSA Crypto API 的核心价值是密钥不离开安全世界。应用调用psa_generate_key()生成密钥，拿到的是key_id（一个整数句柄），而非密钥本身。所有加密操作在安全世界执行，应用只拿到结果。即使应用被完全攻破，攻击者也拿不到私钥。

📌配图提示：PSA Crypto API 密钥流示意图（应用 → key_id → 安全世界 → 结果返回）

二、ITS 分区：片上安全存储

• 存储位置：片上 Secure Flash
• 容量：典型 4-32 KB
• 用途：高价值小数据——设备私钥、证书、计数器
• 安全机制：加密 + 完整性校验 + 访问控制

#include"psa/protected_storage.h"// 写入设备证书（只有安全世界可读）psa_ps_set(uid=0x0001,data_len=1024,p_data=cert,create_flags=PSA_STORAGE_FLAG_NO_ROLLBACK);// 安全世界内读取psa_ps_get(uid=0x0001,offset=0,data_len=1024,p_data=cert,&p_data_len);

三、PS 分区：外部加密存储

• 存储位置：外部 Flash（非安全区域）
• 容量：典型 64 KB - 1 MB
• 用途：较大数据——配置文件、日志、OTA 备份
• 安全机制：加密 + 完整性校验 + 反回滚，密钥存在安全世界，数据加密后存外部

💡选型建议：高价值小数据（私钥、证书）用 ITS；大文件（配置、日志、OTA 备份）用 PS。

四、Initial Attestation 分区：设备证明

设备证明服务——向第三方证明"我是这台设备，运行这个固件版本"。

#include"psa/initial_attestation.h";// 生成设备证明 token（COSE/CWT 格式）uint8_tchallenge[32]={...};// 验证方下发的随机挑战uint8_ttoken[512];size_ttoken_len;psa_initial_attest_get_token(challenge,sizeof(challenge),token,sizeof(token),&token_len);

Token 包含

• 设备唯一 ID（由 OTP 中的设备密钥派生）
• 固件版本 + 哈希
• 生命周期状态（LCS）
• PSA-RoT 测量值
• 对 challenge 的签名

💡工程视角：设备证明是CRA Article 13(4)“设备身份”的关键实现。云平台通过验证 token 签名，确认设备身份 + 固件完整性，决定是否允许接入。某厂商的云平台要求所有设备首次接入时提交 attestation token，未通过验证的设备直接拒绝——这把"伪造设备"攻击的成本从"复制一台设备"提高到"破解 ECDSA P-256"。

五、TF-M + Zephyr/FreeRTOS 集成

双系统架构

TF-M 是安全世界的固件，非安全世界需要一个 RTOS 跑应用。主流组合：

Zephyr + TF-M 集成（最简单）

Zephyr 原生支持 TF-M，配置最简单：

# West 构建命令（nRF5340 示例）west build-bnrf5340dk_nrf5340_cpuapp --\-DCONFIG_TFM=y-DCONFIG_TFM_PROFILE_TYPE=m# 关键配置CONFIG_TFM=y# 启用 TF-MCONFIG_TFM_PROFILE_TYPE=m# Medium profile（Crypto + ITS + PS + Attestation）CONFIG_TFM_BL2=y# 启用 MCUBoot BL2CONFIG_TFM_PARTITION_CRYPTO=y# Crypto 分区CONFIG_TFM_PARTITION_INITIAL_ATTESTATION=y# Attestation 分区

Zephyr 应用通过 PSA API 调用 TF-M 服务，无需额外封装。

FreeRTOS + TF-M 集成

FreeRTOS 集成 TF-M 需要更多手工配置：

1. TF-M 构建为静态库，链接到安全世界镜像
2. FreeRTOS 跑在非安全世界
3. 通过 NSC 接口调用 TF-M 服务

双核架构（nRF5340）

nRF5340 采用双核设计——核 0（应用核）跑 Zephyr/FreeRTOS + BLE 协议栈，核 1（网络核）跑 TF-M + 无线协议。两核通过 RPMsg（共享内存 + 中断）通信。

📌配图提示：单核 TZ-M vs 双核隔离对比图

六、自研隔离 vs TF-M 成本对比

成本对比表

💡工程视角：除非有极强定制需求，否则用 TF-M。某厂商自研隔离方案花了 8 个月、4 人，PSA Level 2 评估时被要求额外提供 DEN0063 符合性证明，又花了 3 个月。总成本 11 个月，而用 TF-M 的厂商 1 个月就集成了。

TF-M 的"不够灵活"远比自研的"从零证明"便宜。

何时考虑自研

仅在以下场景考虑自研：

1. 非 Arm 架构：RISC-V 需要用 PMP + OpenSBI 等效方案
2. 极端资源约束：Flash < 64KB，TF-M 最小配置也要 ~40KB
3. 已有成熟方案：公司已有通过认证的隔离框架
4. 特殊安全需求：需要 TF-M 不支持的自定义隔离策略

📌配图提示：自研 vs TF-M 决策树

七、CRA/PSA 钩子速查

本章技术要点对应的 CRA 条款与 PSA Level 要求：

📌合规映射提示：撰写"PSA → EN 18031 映射文档"时，本章内容直接对应 EN 18031-2 的要求 4.2（安全隔离）、4.3（密钥管理）、4.6（设备身份）。

八、Checklist

• 硬件选型：Cortex-M23/M33/M55/M85（带 TZ-M）
• TF-M 集成：选用 TF-M 而非自研
• 隔离级别：L2 用世界隔离，L3 用分区间隔离
• NSC 接口：SG 函数 ≤20 个，参数白名单校验
• PSA Crypto API：密钥不可导出（PSA_KEY_USAGE_EXPORT不设）
• ITS/PS 分区：高价值数据用 ITS，大文件用 PS
• Attestation：云平台首接入验证 token
• IPC 优化：用一次性 API 替代多步 API
• RTOS 适配：TF-M IPC 期间禁任务切换
• SAU/MPU 配置：安全区域最小化

九、给芯片厂商的行动建议

P0（2026-09-11 前）

1. 选型 Cortex-M33 + TZ-M——PSA Level 2 的硬件基础
2. 集成 TF-M——从 trustedfirmware.org 获取，按官方 quickstart 集成

P1（2027-Q1 前）

1. 完成 TF-M + Zephyr/FreeRTOS 双系统验证
2. PSA Crypto API 替换应用层加密调用——密钥移入安全世界
3. 配置 Attestation 服务——对接云平台设备认证

P2（2027-Q3 前）

1. 隔离级别升 Level 3——分区间 MPU 隔离，冲刺 PSA Level 3
2. App-RoT 分区开发——厂商自定义安全服务
3. IPC 性能优化——减少 IPC 次数，一次性 API

给管理者的一句话

TF-M 是 PSA Certified Level 2+ 的事实标准——Nordic/ST/NXP/Silicon Labs 全在用。自研隔离方案在 PSA 评估中要额外证明符合 DEN0063，成本远高于直接用 TF-M。对国产芯片厂商，2027-Q1 前必须完成 TF-M 集成与 PSA Crypto API 适配。

本期小结

1. PSA Crypto API 核心价值：密钥不离开安全世界，应用只拿到 key_id
2. TF-M 四大服务：Crypto + ITS（片上）+ PS（外部）+ Attestation（设备证明）
3. Zephyr + TF-M 集成最简单：原生支持，CONFIG_TFM=y 即可
4. 自研 vs TF-M：11 个月 vs 1 个月，除非非 Arm 架构否则用 TF-M
5. P0 项：2026-09-11 前选型 Cortex-M33 + TZ-M 并集成 TF-M

下期预告

第 5 期：PSA Level 1-4 申请材料

从工程实现进入认证流程。PSA Certified 四级认证需要什么材料？加密算法选型有哪些坑？EN 18031 符合性评估怎么做？

下一期我们将讲清楚：

• PSA Certified Level 1-4 申请材料清单
• CRA 与 PSA 对加密算法的强制要求
• 推荐算法清单与禁用清单
• PSA → EN 18031-2 映射文档

关注本系列，从代码走向认证。

📣互动话题：
你的项目用 TF-M 还是自研？PSA Crypto API 替换过程中遇到什么坑？

• 留言区分享你的集成经验
• 转发给固件团队，对照 Checklist 检查
• 收藏本文，随时查阅 PSA Crypto API 示例

关注本账号，每周更新 CRA × PSA 合规实战内容。

话题标签

#PSA#CryptoAPI#TF-M#Zephyr#FreeRTOS#IoT安全#芯片安全#密钥保护