英飞凌推出业界首款用于实现安全无线充电的身份验证解决方案

2020-11-27 11:28:50 来源:EETOP
近日,英飞凌推出了针对电磁感应式无线充电的全新OPTIGA™ Trust Charge的认证解决方案,可提供全面的系统集成支持,包括嵌入式软件、主机软件、开发板、参考板和文档等,实现快速简便的设计。OPTIGA™ Trust Charge采用USON10-2封装(3x3 mm²),该封装针对小型设备进行了优化,适用于智能手机、耳机、平板电脑、可穿戴设备或健康科技设备等小型个人电子设备的无线充电器,充电功率可高达15 W。同时,它也是多种消费级应用及工业级应用的理想选择,具有从-40°至+105°C宽泛的工作温度范围。

据介绍,OPTIGA™ Trust Charge已经通过CC EAL6+认证,支持X.509和WPC证书格式,里面还有基于ECDSA、ECC 256和SHA-2的安全认证机制和加密技术。从接口来看,这款芯片支持I²C通信接口,它是一个从器件(slave),也就是说这款芯片并非主控芯片,它会跟无线充电的主控制器或者一个MCU通过一个I²C接口进行对接,来完成硬件上的连接。这是一个交钥匙(Turnkey)的方案,所以在提供给客户的方案里既包含了安全芯片,同时也包含对应的一套主机软件—Host Code,提供源代码形式,整体源代码约十几KB。

英飞凌科技安全互联系统事业部大中华区市场经理张庆峰介绍说:“OPTIGA™ Trust Charge是业界首款可用于Qi 1.3无线充电标准的嵌入式安全解决方案。利用OPTIGA™ Trust Charge进行设备身份验证,可有助于防止使用危险的假冒充电器损坏消费类设备,并保护消费类品牌免受声誉问题的影响。英飞凌会帮助客户提供客户化的证书、密钥的配置、满足设备制造商的要求。因此,用户只需要集成到自己的MCU或者无线充电控制器里,并配合英飞凌的安全芯片就可以完成整个的开发过程,缩短整个的开发周期,节省客户的开发资源。目前,样品现已经开始提供。”

 

张庆峰,英飞凌科技安全互联系统事业部大中华区市场经理

WPC年底推出最新的标准Qi 1.3

Qi标准是由无线充电联盟(WPC)发布的,主要是针对智能手机和手持设备的无线充电标准。从整个商业化角度来讲,WPC Qi是目前主要的一个标准。当前市面上看到的无线充电产品,无论是发射端还是接收端,都是以这个标准进行开发的,如苹果、谷歌、华为、三星、索尼、OPPO、VIVO、小米都是WPC组织的成员,大家也是在跟随WPC标准去开发无线充电设备。

在Qi 1.3标准出来之前,大部分主要是遵循WPC标准,而像苹果、华为这样的主流厂商,会有自己的私有身份鉴权协议,去完成自己品牌的设备和自身的充电底座之间认证的场景。目前WPC正在准备全新的Qi 1.3,张庆峰预计说,新标准有望在2020年年底正式发布。全新的1.3版本强制将要求对无线充电设备进行强加密身份验证。当Qi 1.3标准实施之后,将会从安全性和互通性这两个层面对整个市场起到很好的带动作用,届时应用场景将主要是以下这三种模式。

  • 第一种模式,A客户的手机和A客户自己的充电器。首先呢,它们一定是同时符合WPC标准的认证,完成一个身份鉴权认证。同时,A客户的手机也知道这个充电底座是自己的,因此它可以以一个超过WPC规定的功率(如15W),甚至是自己私有协议的更高充电功率进行充电。

  • 第二种模式是A客户的手机放在B品牌的充电底座上充电。这时候它们也是完成WPC Qi标准的认证,但之间不可能有私有化协议,那么就会按照Qi1.3的标准,以15W的充电功率去进行无线充电。

  • 第三种模式是A客户的手机放到一个没有经过WPC标准认证,没有身份鉴权功能的无线充电底座上面,没有办法完成整个身份鉴权过程。那么这时候,手机可以选择拒绝充电,保证身份安全,或者说可以以一种最低的充电功率(比如5W)来对手机进行充电,来保证整个设备的安全。其实这是将来Qi 1.3标准在推出之后,可能从安全性和互通性这两个层面上可以起到比较好的作用吧。

OPTIGA™ Trust Charge对标Qi1.3标准的改进

从市场层面来看,Qi 1.3标准要求使用ECC 256比特加密的ECDSA身份验证,同时中间还会涉及到证书产生和验证的流程。其中证书WPC采用的是X.509版本。对应到英飞凌的OPTIGA™ Trust Charge,它支持ECC 256比特密钥和SHA-2,是一个完全符合Qi 1.3身份鉴权的解决方案。

 

OPTIGA™ Trust Charge满足市场需求和Qi 1.3安全要求

从WPC市场角度来看,它是希望通过身份验证提高互通性。所在Qi 1.3标准里面,它通过证书链的方式(至少3-4个证书链)来进行支持,包括WPC的根证书、制造商证书和产品证书。英飞凌的OPTIGA™ Trust Charge,通过内部的存储空间扩展可支持最多4个X.509证书链,能够满足Qi 1.3标准的要求。

最后,为防止密钥被盗、被黑客攻击、被克隆的风险,在Qi 1.3规范内,强制要求必须要有一款不低于CC EAL4+认证的安全芯片,从而保证芯片里密钥和证书的安全性。对应到OPTIGA™ Trust Charge这款产品,它可以提供一个通过CC EAL6+高安全规格的安全芯片,它的整个安全等级比Qi 1.3的规范还高了很多。

无线快充60W充电功率有望两年内实现

当下,智能手机已经是人们生活中不可或缺的一部分。随着5G物联网、视频视觉等新技术的不断推进,人们对智能手机的需求也发生了翻天覆地的变化。在这些变化中,视频的占比将越来越高,例如一些海外的研究报告显示,Facebook 在线直播每年都在翻倍上涨,YouTube 每分钟上传300小时视频;在国内市场中,抖音、微信、微博等各种各样在线视频直播需求,以及上传视频、在线观看视频的需求也非常火热。手机的功耗不断升高,由此给智能手机带来了更严峻的续航问题。为解决这个问题,手机厂商们通过电池、电源适配器、芯片等技术研发,来提升手机的续航能力,以及提高用户的用机体验。其中,从电源适配器、快充芯片方面提升充电速度的快充技术,凭借使用简单、方便的优势,很快风靡了市场。

虽然前景可期,但是无线快充也同样面临着诸多挑战,比如从充电效率来讲,相较有线充电,无线充电还是会差些。从整个充电功率来说,目前大于5W的快速充电应用越来越多。在最新的一些产品里,手机上有支持到27W的,也有支持到40W的。目前,WPC已经在规划Qi 1.4标准,按照这个标准,无线快充将会支持到60W充电功率。张庆峰认为,距离实现这个目标,可能一两年的时间。然而随着充电功率的提高,电流越大,产品损坏或劣质的、没有经过认证的产品会带来很大的安全风险和隐患。

 

无线充电标准三分天下

之前整个无线充电的标准可谓群雄格局,出现有很多的标准,这也是影响无线充电进一步快速普及的一个主要因素。随着无线充电标准的统一、技术的成熟和市场的推广,包括解决了整个设备通用性和兼容性的问题,无线充电前景是非常可期的。目前整个无线充电的标准基本明确,即主要有以下三类:

  • 第一种:紧密耦合方式,也叫电磁感应。它的代表有WPC Qi标准,工作范围是在一个110-205KHz低频的频段。现在几乎所有的消费级手机、平板电脑,其实都是在跟随WPC最新的标准。

  • 第二种:磁场共振方式。它的代表有AirFuel(A4WP与PMA整合之后的新联盟),主要针对将来的电动汽车领域,它的充电会通过相同频谱磁场共振的方式进行电力传输,工作在6.78MHz频段。

  • 第三种:非耦合方式,即通过射频、超声以及红外的无线方式进行电力传输的无线充电。

WPC Qi目前是商业性的领头羊,在过去几年里,Qi稳定增长。知名调研机构Strategy Analytics近期报告的数据显示,2019年Qi终端出货量为4.65亿台,同比增长27%。尽管智能手机占据了最大的市场份额,但是具有无线充电功能的可穿戴设备的数量也在不断增长。WPC整个标准定义的目标是做到充电器跟无线电源全球兼容性和互通性,保证不同设备的厂家之间可以做到互通。随着快速充电/高功率的无线充电出现,Qi也正在致力于更新标准,进一步考虑如何去保证设备,尤其是电池的安全,进而去保护用户和消费者的人身安全。

 

Qi标准涵盖需要身份验证的不同功率等级

此外,在前一段时间,NFC组织也推出了专门针对无线充电的NFC无线充电方式,更多目标是可穿戴设备、耳机,所以它的充电效能也只有到1W。张庆峰分享说:“总体来说,因大家都看好无线充电将来的发展方向,所以会有更多的标准去做进一步的讨论,这对于我们整个行业或者对于整个消费者来讲,其实都是一个非常好的方向,会帮助我们有更多的技术和更多的产品,去覆盖更多生活上的场景,给我们带来更多的便利。”

汽车市场的无线充电未来可期

智能手机的无线快充,对于大多数消费者已经不陌生,但在汽车市场,目前只有在部分高端的车型才能看到车载的无线充电。不过,车载类的无线充电也会快速普及,因为它带来的不仅仅是便捷性,从安全性上也是解决了目前有线充电非常大的问题。

张庆峰介绍说,目前,无线充电是英飞凌汽车事业部一个主要的目标市场。他们已经在和美国、日本,以及国内的部分厂商在做车载无线充电的设备。此外,也有和第三方合作伙伴针对车载无线充电专门做一些相应的方案开发。不过,相对工业级和消费级来说,车载级会有一些特定的要求,比如车载级要去通过AEC-Q100安全认证,同时车载的电器特性、静电ESD处理都会和消费级的不一样。另外非常重要的一点,每一家车厂都会有些定制化的要求设置,也就是每一家车厂对无线充电的启动时间、工作状态都会不一样要求,不可能像消费类产品一样做一个通用的东西,这是最大的一个区别。

英飞凌是全球第一大安全芯片的供应商。CC EAL6+是英飞凌以前针对银行卡或信用卡这种同等规格的高安全等级芯片,并且还拥有有一个通过了CC EAL6+认证的制造工厂。从这个角度来讲,英飞凌整个OPTIGA™ Trust Charge产品已经完全满足甚至超过了1.3规范的要求。张庆峰介绍说:“英飞凌有专门的HSM为OPTIGA™ Trust Charge器件生成唯一的密钥盾。从前道晶圆开始,一直到最终的客户端,英飞凌可以提供端到端的信息和数据的保护,来提供高安全等级的安全特性。此外,英飞凌能够帮助设备制造商去做一个整体解决方案,即帮助制造商去完成整个证书的签发、证书密钥的生成和整个产品证书的产生,也就是说我们会提供一站式的解决方案。”

WPC Qi认证流程和证书链创建流程

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