STM32 SAES+HUK 安全存储实战指南：特性、用例与避坑技巧

STM32 新系列（U5/H5/WBA/H7S/N6）搭载的安全 AES（SAES）与硬件唯一密钥（HUK），是实现嵌入式设备安全存储的核心硬件方案，可满足 EN303645、IEC62443 等标准要求，核心优势在于 “密钥不暴露、一机一密、抗攻击”，完美解决敏感数据、密钥的加密存储与安全使用需求。

资料获取：安全存储之SAES+HUK使用技巧和常见问题

1. 核心概念：SAES 与硬件密钥解析

1.1 核心组件定义

• SAES（安全 AES）：独立于普通 AES 的安全加密引擎，硬件层面抵御侧信道攻击（功率 / 电磁分析）和错误注入攻击，支持硬件密钥导入，运算效率略低于普通 AES，但安全性更高。
• HUK（硬件唯一密钥）：芯片出厂预置的 256bit 唯一密钥（RHUK），通过私有总线连接 SAES，CPU、DMA、调试端口均无法读取，仅 SAES 可通过密钥派生单元生成 DHUK（派生 HUK）用于加解密。
• 关键硬件密钥对比：
  

  密钥类型	来源	唯一性	密钥可见性	核心场景
  DHUK	RHUK 派生	是（一机一密）	不可见	数据加密、防克隆
  BHK	软件写入后备域	可选（用户定义）	锁定后不可见	Boot 阶段根密钥存储
  AHK	用户烧录 OBK 区	可选（用户定义）	不可见	自定义密钥加密

1.2 SAES 核心特性

• 密钥来源灵活：支持 DHUK、BHK、AHK 及组合（如 DHUK⊕BHK）。
• 操作模式丰富：Normal（数据加解密）、Key Wrap（密钥封装）、Key Share（密钥共享）。
• 安全防护：入侵事件触发密钥自动清除，支持时域隔离（HDPL）和防重放攻击（EPOCH 计数器）。

2. 特性与系列适配对比

不同 STM32 系列对 SAES+HUK 的支持存在差异，选型时需重点关注：

关键提醒：STM32U5 是唯一需要单独使能 SHSI（SAES 内核时钟）和 HSI48（RNG 时钟）的系列，其他系列无需额外配置。

3. 典型用例：安全存储实战方案

3.1 数据安全存储（防克隆、一机一密）

目标

• 加密存储机密数据（如用户配置、敏感参数），仅本机可解密，防设备克隆。

实现方案

• 采用 SAES Normal 模式，密钥选择 DHUK 或 DHUK⊕BHK。
• 加密流程：明文数据 → SAES（DHUK 密钥）→ 密文存储（Flash/OBK）。
• 解密流程：密文 → SAES（本机 DHUK）→ 明文，其他设备因 DHUK 不同无法解密。

核心优势

• 无需软件管理密钥，DHUK 一机一密，天然防克隆；密钥永不暴露，抵御暴力破解。

3.2 AES 密钥安全存储（密钥不暴露）

目标

• 存储用户自定义 AES 密钥（如通信共享密钥），密钥全程不暴露明文。

实现方案（二选一）

关键要点

• 密钥仅以密文形式存储，使用时明文仅存在硬件内部，软件无法访问。

3.3 非对称密钥安全存储（签名 / 验签安全）

目标

• 存储设备私钥（如 RSA/ECC 私钥），仅可信代码可使用，防篡改、防泄露。

实现方案

• 私钥加密：非对称私钥 → SAES（DHUK）→ 密文存储（Flash 安全区 / OBK）。
• 可信执行：结合 TrustZone，密钥仅允许安全侧代码访问，使用时解密至安全 SRAM，运算后立即清除。
• 公钥处理：公钥可附加完整性校验，可选加密存储。

核心价值

• 私钥全程不暴露，调试端口（非 Open 状态）无法访问，满足安全认证场景需求。

4. 常见问题与避坑技巧

4.1 SAES 初始化失败（STM32U5）

• 现象：TF-M 环境下tfm_crypto_init失败，HAL_CRYP_Init 超时。
• 原因：未使能 SHSI（SAES 内核时钟）和 HSI48（RNG 时钟）。
• 解决：在初始化代码中添加时钟使能：

  RCC->CR |= RCC_CR_HSI48ON;  // 使能HSI48（RNG依赖）
  RCC->CR |= RCC_CR_SHSION;  // 使能SHSI（SAES内核依赖）
  

4.2 Stop 模式唤醒后 SAES 运算异常（STM32U5）

• 现象：唤醒后 SAES 加解密结果全为 0。
• 原因：Stop 模式下 SHSI/HSI48 时钟失能，SAES 内核无驱动时钟。
• 解决：唤醒后重新使能两个时钟，再启用 SAES 时钟。

4.3 ECB/CBC 模式连续解密结果异常

• 现象：第一次解密正常，第二次解密结果错误。
• 原因：解密前需执行密钥准备（Mode 2），第一次解密后密钥寄存器变为派生解密密钥，第二次基于错误密钥运算。
• 解决：两次解密之间重新初始化 CRYP 或重配置参数：

  HAL_CRYP_GetConfig(&hcryp, &Conf);
  __HAL_CRYP_DISABLE(&hcryp);
  HAL_CRYP_SetConfig(&hcryp, &Conf);  // 重新加载原始硬件密钥
  

4.4 不同芯片加密结果相同

• 现象：DHUK 加密同一段数据，多芯片密文一致。
• 原因：芯片处于 Open 状态（RDP=0/Product State=Open），真实 HUK 未激活，使用默认测试密钥。
• 解决：将芯片设置为非 Open 状态：
  • U5/WBA：RDP 设置为 0.5 及以上。
  • H5/H7S：Product State 设为 Closed/TZ Closed。
  • N6：保持默认 BSEC Closed 状态。

SAES+HUK 是 STM32 实现 “硬件级安全存储” 的核心方案，核心价值在于 “密钥不暴露、一机一密、抗攻击”，适配从物联网终端到工业控制的各类安全需求。开发时需重点关注：系列适配（尤其 STM32U5 的时钟配置）、密钥选型（按场景选 DHUK/BHK/AHK）、模式选择（安全优先选 Key Wrap，效率优先选 Key Share），同时避开常见的时钟、解密流程问题。