如何確保Qi無線充電的安全性？

WPC Qi?無線充電標準的最新更新增加了安全身份驗證，確保支持Qi的設備和充電器可以安全地協(xié)同工作。

過去幾年中，無線充電聯(lián)盟（WPC）一直在忙于以多種方式更新廣泛采用的Qi標準。當然，隨著世界的互聯(lián)互通變得越來越普遍，無線充電的安全性始終是首要考慮的問題。Qi無線充電規(guī)范的版本1.3增加了安全身份驗證功能。

版本1.3允許支持Qi的設備驗證充電器的身份及其對Qi規(guī)范的遵守情況（圖1）。這樣便可確定充電器與Qi標準是否兼容，以確保它不會損壞或破壞正在充電的產(chǎn)品。它本質(zhì)上是Qi版本1.2的擴展，但增加了一層保護（身份驗證），以確保手機和充電器可以協(xié)同工作。Qi 1.3定義了兩種功率配置，基準功率配置可以提供最高5W的輸出，而擴展功率配置則可將輸出增加到15W。

圖1.通過CryptoAuthLib進行單向身份驗證

簡單來說，在充電開始之前，要充電的設備（通常是智能手機）確認它正在與一臺通過Qi認證的充電設備進行交互。舉例來說，如果是智能手機，則會請求最適當和最安全的充電功率。如果身份驗證失敗，手機將取消請求或者充電器將其輸出功率降低到5W（基準）。

為了實現(xiàn)身份驗證，充電器制造商必須在其產(chǎn)品中包含稱為“產(chǎn)品單元證書”的公鑰基礎架構（PKI）。這種關鍵功能的實現(xiàn)方式為，創(chuàng)建一個位于嵌入在充電器中單片機旁邊的安全元

件來存儲關鍵信息（圖2）。PKI是一種用于提供身份驗證的超可靠技術，因為它使用自己的專用處理器和存儲器，而不是共享資源，從而降低了安全風險。

圖2.Qi 1.3標準要求必須進行安全配置

安全元件的概念已經(jīng)在許多應用中使用了超過15年，而且信用卡、智能支付系統(tǒng)和加密貨幣交易服務器中也在廣泛采用。如今，每臺智能手機制造商都使用安全元件。

安全的身份驗證涉及安全的生產(chǎn)流程，并結合采用可形成安全存儲子系統(tǒng)（SSS）（通常稱為安全密鑰存儲器件或安全元件）的過程。手機將要求充電器提供證書和簽名，以驗證其為具有私鑰的WPC認證產(chǎn)品，并簽署由手機發(fā)出的質(zhì)詢，證明其已獲知機密信息且不曾泄露。Qi 1.3標準要求私鑰必須由經(jīng)過認證的SSS存儲和保護。橢圓曲線數(shù)字簽名算法和私鑰都必須處于同一位置，以確保它在身份驗證中的信任級別。

SSS必須根據(jù)通用標準聯(lián)合解析庫（JIL）漏洞評分系統(tǒng)證明其保護加密密鑰的穩(wěn)健性，該系統(tǒng)于21世紀中期首次推出，用于提高智能卡的效率和安全性?，F(xiàn)在，它已成為其他許多需要安全功能的應用的穩(wěn)健基準。

制造充電器時，還需要其他步驟來保護信任級別，目標是消除對私鑰的暴露。要構建這種可信鏈，所有私鑰都必須位于生產(chǎn)場地的硬件安全模塊（HSM）中或充電器的SSS內(nèi)。然后，必須確定這些私鑰的產(chǎn)生、存儲和構成可信鏈的方式，這些流程通過密鑰儀式實現(xiàn)。完成后，現(xiàn)已通過加密方式建立了可信鏈，同時不會暴露給外部合約制造商或第三方。結果，WPC、手機和充電器之間建立了信任。

WPC建立的認證過程相當復雜，對充電器制造商提出了挑戰(zhàn)，但那些在合規(guī)方面具有豐富專業(yè)知識的制造商除外。由于單片機是執(zhí)行所有必要合規(guī)操作步驟的組件，因此如果設計人員直接與單片機制造商合作，認證過程可以大大簡化。

例如，Microchip是率先將此過程中所有要素結合起來的公司之一，它利用其“可信平臺”完成公司安全元件的初始配置，幫助設計人員完成各種步驟，而無需依賴多個來源。

Microchip是一家獲得WPC許可的制造證書頒發(fā)機構，可提供預配置的安全存儲子系統(tǒng)解決方案，能夠借助WPC根證書頒發(fā)機構來處理整個密鑰儀式。它提供了一種認證參考設計，包括MCU、Qi 1.3軟件協(xié)議棧、具有支持加密庫的SSS以及面向汽車和消費者應用的配置服務。利用公司安裝在Microchip工廠內(nèi)的HSM，可在每個安全元件的邊界內(nèi)生成憑證。

邁向Qi版本2

WPC的下一步是實施Qi版本2標準，預計將于今年晚些時候推出。它將使Qi充電的方式更加多樣化，同時保留Qi 1.3建立的所有關鍵安全功能。

Qi無線充電標準已經(jīng)建立起極高的安全級別，而且還在不斷改進以滿足更多類型設備的需求，特別是那些由于外形導致其出色功能無法被觸及的設備。