您下一個 Qi 無線充電器設計需有安全驗證功能

為什麼無線充電器需要安全驗證？答案很簡單：無線充電聯盟 (WPC) 的 Qi v1.3 會強制進行驗證，因為有安全疑慮的無線充電器不僅會對資料安全造成威脅，而且還會影響使用者的體驗和安全。比如說，裝置充電速度可能會過慢或過快並且過熱 (更甚至引發火災)，或是電池可能因充電演算法調節不佳導致受損。

網路安全方面，已知的攻擊媒介包括旁路攻擊¹以及劫持和竊聽攻擊²。有些人可能會在公共空間中使用這種「存心不良」的充電器進行這類攻擊，透過充電器存取電話上的資料，或中斷電話的運作。

WPC 決心正面迎敵，徹底解決資料安全疑慮、使用者體驗和安全等相關問題。現在，如果使用者採用符合全新 Qi v1.3 標準的手機或其他裝置，就必須使用 Qi v1.3 充電器充電，否則就可能無法充電。即便真的能充電，充電速率也會受限在最低速率。為了確保這一點，Qi v1.3 要求充電器內部的認證安全儲存子系統 (SSS) 必須儲存私鑰 (包括 X.509 憑證) 並予以保護，且以加密方式驗證充電來源。

將裝置放在充電器上時，裝置會要求進行安全性認證。如果沒有來自充電器且經過驗證的私鑰，裝置可能會拒絕該充電器。總之，舊裝置可以在新標準下使用，但 Qi v1.3 裝置可能無法與舊的充電器搭配使用 (圖 1)。

圖 1：採行全新 Qi v1.3 標準的裝置，不應與未經認證的充電器或採用舊版 Qi 標準的充電器搭配使用。(圖片來源：Microchip Technology)

若要排除暴露私鑰的風險並支援信任鏈，所有會使用到的私鑰都必須存於充電器的 SSS 中。WPC 要求執行三個步驟以確保私鑰的信任鏈 (圖 2)：

• 第三方的根憑證機構 (CA) 會建立根憑證及其相關的根私鑰，以簽署製造商憑證簽章請求 (CSR)。製造商憑證對每家無線充電器公司都不同，而產品憑證則對每個充電器都不同。
• 製造商 CA (MFG Cert ) 會建立製造商憑證，並保護自己在認證 SSS 當中的相關私鑰。
• 在製造 SSS 的過程中，會產生並保護產品認證所需的公鑰／私鑰配對。私鑰是在充電器內的 SSS 內佈建，而 SSS 會傳送 CSR 給已由根憑證簽章的製造 CA。

圖 2：使用三個步驟來確保 SSS 內私鑰的信任鏈，並用於安全驗證。(圖片來源：Microchip Technology)

無線充電器設計人員可以使用 Microchip 的 ECC608-TFLXWPC 作為預先佈建的安全元件，如此可滿足 Qi v1.3 強制進行安全驗證的需求 (圖 3)。除了支援 Qi v1.3 安全驗證外，本產品還支援程式碼驗證 (安全啟動)、訊息驗證碼 (MAC) 的產生、受信任的韌體更新、多密鑰管理協議，以及其他信任根相關的操作。本產品旨在為充電器中的微控制器 (MCU) 或微處理器 (MPU) 提供安全服務。

圖 3：ECC608-TFLXWPC 乃是預先佈建的安全元件，可滿足 Qi v1.3 強制進行安全驗證的需求。(圖片來源：Microchip Technology)

為了協助您開始使用，CryptoAuthentication SOIC Xplained Pro 入門套件內含 SAMD21-XPRO 及 AT88CKSCKTSOIC-XPRO 插槽機板，以及 Crypto Authentication 範例裝置。入門套件可與 Microchip Technology 的 CAL Library 和 CAL Python 工具配合使用；藉著在插槽板上設定所需的開關，此套件可以支援 I2C、單線介面 (SWI) 和 SPI 介面裝置。

圖 4：CryptoAuthentication SOIC Xplained Pro 入門套件包括 SAMD21-XPRO (藍色板) 和 AT88CKSCKTSOIC-XPRO 插槽板 (紅色板) 以及範例裝置。(圖片來源：Microchip Technology)

結論

依照全新 Qi v1.3 標準設計的無線充電器，必須包含使用授權信任鏈的安全驗證功能，這麼做不僅能確保良好的使用者體驗與安全性，同時還能抵禦網路攻擊。符合早期 Qi 標準的行動電話及其他裝置，可以使用符合 v1.3 標準的充電器來充電，但符合 v1.3 標準的裝置則無法保證能搭配舊式充電器使用。這會促使設計人員儘速採用 Qi V1.3 標準。如圖所示，目前市面上已有 IC 和開發套件可用，有助於推動 Qi v1.3 的開發。

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參考資料：

1：Wireless Charging Power Side-Channel Attacks

Cornell University

2：Time to Rethink the Design of Qi Standard?Security and Privacy Vulnerability Analysis of Qi Wireless Charging

Association for Computing Machinery