边缘设备，尤其是物联网（IoT）中的设备，正逐渐成为我们日常生活中不可或缺的一部分。无论是智能家居设备、工业传感器，还是个人可穿戴产品，这些设备都在网络的边缘收集和处理海量数据。随着它们在生活和产业中的普及与影响不断扩大，对安全性的要求也越来越高。在Synaptics，我们认为，真正的边缘设备安全必须从最基础的层面开始：芯片。
硬件：边缘设备信任的基石
任何计算系统的信任基础，尤其是在边缘端，都必须建立在固定且静态的硬件之上。与灵活且可能被篡改的软件不同，硬件提供了不可更改的基础，用来构建牢固的信任根。这一 硬件锚是验证设备上后续加载的所有软件或固件的关键，进而形成稳固的信任链。
边缘设备面临的三大主要挑战
边缘设备面临一系列独特的安全挑战，这些挑战与云端或传统企业环境中的安全问题有显著不同。
挑战一：广泛的攻击面：边缘和物联网设备往往运行在限制较少的环境中，而不是受控的数据中心。终端用户经常能够直接接触这些设备，使其更容易被物理篡改。此外，设备之间日益增强的互联互通虽然提升了功能性，却也扩大了潜在的攻击面，使其更容易暴露在多样化的漏洞风险之下。
挑战二：功耗与安全的平衡：物联网设备的一个核心难题，是如何在严格的功耗和快速唤醒需求下，依然保持可靠的安全性。例如，许多智能手表在用户抬腕时需要瞬时点亮，但如果每次都进行完整的系统重新认证，将严重影响用户体验。为解决这一问题，需要采用更精细的策略，例如在特定功耗模式下保留受信任的内存状态。这样，系统就能从受信任的状态快速恢复，无需反复执行耗时的重新认证，在用户体验与安全性之间取得平衡。
挑战三：物理篡改与安全盲区：由于易于接触，边缘设备极易成为物理攻击的目标。除了直接篡改之外，在设备进入或退出不同功耗模式的过程中，也可能出现关键的“安全盲区”。如果信任根在这些快速功耗切换过程中没有持续监控系统状态，设备就可能暴露在攻击风险中。因此，即便是在极短的唤醒周期中，也必须确保系统的合法性和稳定性，避免这些盲区被攻击者利用。
Synaptics 在芯片安全上的多层设计
Synaptics开发了一套全面的多层次芯片安全方案，将安全机制直接集成到芯片中，有针对性地解决这些挑战。
不可篡改的信任根（Hardware Anchor）
在我们的安全架构中，核心是不可篡改的信任根，它作为最终的硬件锚。这个轻量级硬件锚始于不可更改的Boot ROM。Boot ROM 无法被篡改，负责验证第一阶段的引导加载程序，也就是我们称之为安全处理器内核（Secure Processor Kernel, SPK） 的组件。
SPK随后会严格验证所有后续镜像，例如实时操作系统（RTOS）和Linux，在设备启动过程中建立牢固的信任链 。这确保了只有受信任的软件才能在设备上运行。对于支持的低功耗域组合，硬件确保安全配置被保留，在退出这些模式时不会产生安全盲区。这保证了系统在涉及MPU、MCU 和 NPU等复杂异构架构，以及RTOS、Linux和Android OS层的环境下，始终受到监控。
全面威胁检测与响应
除了建立信任之外，芯片设计还应包括先进的机制，用于主动检测和应对安全威胁。
主动检测能力：Synaptics芯片具备先进的物理攻击检测功能，覆盖从非侵入式攻击（如电压、时钟或温度操控）到更复杂的背面攻击（攻击者可能通过物理修改封装注入故障）等多种威胁。数字传感器的使用进一步扩大了检测覆盖面，可及时发现SoC内部可能的攻击异常。
飞控控制器（Flight Controller）：一旦检测到安全违规，系统必须果断响应。Synaptics采用飞控，这是一个用于自适应故障管理的系统控制器。该控制器为不同类型的安全违规定义策略，使系统能够执行预设操作。例如，在遭受攻击时，它可以清除设备中的敏感信息或重置系统，确保攻击者无法获取有价值的数据，并阻止进一步的损害。这些策略完全可自定义。
安全生命周期管理
安全不仅限于设备运行期间。Synaptics在设备整个生命周期中实施严格的安全协议，从制造、现场部署，到产品返修，都确保机密信息得到安全处理。即使设备返修用于分析，敏感数据也会被彻底清除，保证信息不会泄露。
应用级加密处理器
为了满足现代应用程序，特别是高强度AI工作负载的需求，Synaptics引入了创新的 应用加密协处理器。
性能与隔离：在运行过程中所需的高性能加密服务由独立的协处理器来承担。这样的设计有几个关键作用：避免根信任暴露在应用层加密的复杂环境中，处理现代应用所需的大规模计算任务，并保持安全核心与应用级加密操作之间的严格隔离。
多租户能力：该应用加密协处理器可在严格隔离的前提下安全地支持多个租户（如 ODM、OEM）。访问由硬件级的请求方认证和锁定机制管理，确保同一时间仅有一个客户端可操作，避免互相干扰。当锁定解除后，系统会安全切换到下一个租户，同时清除前一租户的数据以防泄漏。例如，该协处理器可以先处理蓝牙通信的加密操作，在锁定解除后，再安全地切换去处理加密存储请求。通过这种方式，在提供高性能服务的同时，确保了不同工作负载之间的隔离，满足日益增长的AI应用需求。
为什么边缘安全至关重要：风险与实际影响
忽视边缘设备的芯片级安全可能带来深远的后果，影响个人和整个行业。
保护个人数据与隐私
随着物联网设备深度融入我们的日常生活，从智能家居助手到个人健康追踪设备，它们处理的个人信息和敏感数据量也在不断增加。主要的安全漏洞往往不仅是密钥被泄露，更可能是个人数据本身的外泄。因此，必须通过强有力的安全措施在数据的每一个环节保证其机密性：从数据被设备接收、处理，到最终存储。将安全保护锚定在硬件信任根上，并在系统各域间强制执行严格隔离，是保障数据安全的关键。
保护边缘的 AI 工作负载
AI在边缘设备上的快速应用带来了新的安全挑战。保护AI模型、其权重及相关数据，不仅仅是对静态数据进行加密。在模型加载执行后，这些资产仍需通过硬件信任根和隔离机制保持受保护状态。物理攻击防护也日益重要。由于AI对数据高度依赖，运行时的任何安全漏洞都可能破坏模型权重或输入数据，从而削弱对系统决策的信任。通过将硬件信任根与隔离机制以及用于检测篡改的数字传感器结合，SoC能提供稳健的保护，确保边缘AI工作负载的可靠性和可信度。
放眼未来：引领行业标准与创新发展
边缘设备面临的安全威胁不断变化，这要求持续创新，并不断超越现有标准。
遵循并超越标准
Synaptics的设备不仅满足行业基准，更力求超越。即将推出的Synaptics Astra™系列处理器 遵循严格标准，例如针对物理攻击防护的Arm PSA Certified Level 3，以及 CSIP（网络安全信息保护）行业联盟的同等级标准和 FIPS（美国联邦信息处理标准）。取得PSA Level 3等认证通过了面向多种攻击手段的全面测试，充分展现了设备的强大安全能力。由于标准往往跟不上安全威胁的变化，我们会始终努力提供高于标准的安全防护。
不断演变的威胁环境
AI自动化显著降低了执行复杂攻击的成本，同时提升了攻击的复杂性。这意味着过去需要数周人工操作的高级攻击，现在可以在很短的时间内完成，从而不断提高对安全防护的要求。在这种动态环境下，我们的安全解决方案必须持续创新，保持领先。
边缘安全的未来
Synaptics致力于构建稳健的安全体系与平台。我们将介绍更多架构设计和下一代芯片计划，展示我们如何应对边缘安全中的各种挑战。敬请关注，我们将继续分享Synaptics在边缘设备芯片安全方面的实践，基于现有安全原则持续加强防护，保障AI与物联网的安全未来。