CN115587369A - 一种bios和ec固件的安全检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BIOS和EC固件的安全检测装置，包括安全模块、CPU、EC芯片、EC闪存、BIOS芯片和切换开关电路；切换开关电路分别与安全模块、CPU、EC芯片、EC闪存和BIOS芯片连接，是由多个切换开关组成的复合电路；当计算机开机时，切换开关电路根据安全模块的第一控制指令，以预设顺序依次控制安全模块和BIOS芯片之间的线路、安全模块和EC闪存之间的线路导通，以使安全模块发出SPI信号依次对BIOS芯片和EC闪存进行校验。本发明提供的技术方案，实现了在计算机开机前对BIOS芯片和EC芯片两种计算机固件均进行安全检测。

Description

一种BIOS和EC固件的安全检测装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种BIOS和EC固件的安全检测装置。

背景技术

计算机作为我们平常生活办公的常用设备，内部存储着大量的资料，需要我们妥善保存，但目前各种攻击手段层出不穷，给个人计算机安全带来了极大的危害。操作***、网络等软体层面有防火墙、杀毒软件等保护，相对安全，而计算机固件等防护比较薄弱，若黑客将攻击代码写到计算机固件当中，可通过远程控制固件中的代码入侵计算机。

对此，专利文件CN110750794A公开了一种BIOS安全启动方法及***，该***使用了一个切换开关连接在BIOS芯片和CPU之间，将一个安全模块的SPI端与切换开关连接，如图1所示，该切换开关包括三个信号端和一个控制端，其中一个主信号端可以和另外两个从信号端进行导通，切换开关通过控制端接收控制指令，根据控制指令从两个从信号端中选出一个与主信号端进行导通，实现线路切换。安全模块通过电源管理模块给切换开关的控制端发出控制指令，命令切换开关导通BIOS芯片和CPU之间的线路或者导通BIOS芯片和安全模块之间的线路。当计算机开机时，安全模块先命令切换开关将BIOS芯片和CPU之间的线路断开，将BIOS芯片和安全模块SPI端之间的线路导通，使安全模块发出SPI信号对BIOS芯片进行校验，如果BIOS校验无问题，安全模块再命令切换开关将BIOS芯片和安全模块之间的线路断开，将BIOS芯片和CPU之间的线路导通，为CPU上电，启动BIOS进入开机流程，如果校验有问题则不开机，通过该方法避免了开机时先启动BIOS从而造成攻击代码被远程操控攻击计算机的风险。

但是，计算机并不是只有BIOS一种固件，还包括嵌入式控制器(EmbeddedController，EC)，若黑客将攻击代码写入EC固件，不对EC进行安全检测则依然存在被攻击的风险，且BIOS芯片和EC芯片需要按照顺序依次检测，而上述文件提供的安全监测***只能针对BIOS一种固件进行检测。

发明内容

有鉴于此，本发明实施方式提供了一种BIOS和EC固件的安全检测装置，从而实现了在计算机开机前对BIOS芯片和EC芯片两种计算机固件均进行安全检测。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种BIOS和EC固件的安全检测装置，包括安全模块、CPU、EC芯片、EC闪存、BIOS芯片和切换开关电路；所述切换开关电路分别与所述安全模块、CPU、EC芯片、EC闪存和BIOS芯片连接，是由多个切换开关组成的复合电路；当计算机开机时，所述切换开关电路根据所述安全模块的第一控制指令，以预设顺序依次控制所述安全模块和所述BIOS芯片之间的线路、所述安全模块和所述EC闪存之间的线路导通，以使所述安全模块发出SPI信号依次对所述BIOS芯片和所述EC闪存进行校验，若校验通过，则所述切换开关电路根据所述安全模块的第二控制指令，同时将所述CPU和所述BIOS芯片之间的线路、所述EC芯片和所述EC闪存之间的线路导通，以使所述EC芯片和所述CPU分别通过所述EC闪存和所述BIOS芯片内部的信息启动。

可选地，所述切换开关电路包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关，均包括控制端、主信号端、第一从信号端和第二从信号端；其中，所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关的控制端均与所述安全模块的控制指令端连接，所述第一切换开关的主信号端和所述安全模块的SPI端连接，所述第一切换开关的第一从信号端和所述第二切换开关的第二从信号端连接，所述第一切换开关的第二从信号端和所述第三切换开关的第二从信号端连接，所述第二切换开关的第一从信号端和所述CPU连接，所述第二切换开关的主信号端和所述BIOS芯片连接，所述第三切换开关的第一从信号端和所述EC芯片连接，所述第三切换开关的主信号端和所述EC闪存连接；当所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的控制端接收到安全模块的控制指令端发送的第一电平信号时，均将主信号端和第一从信号端导通，当所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的控制端接收到安全模块的控制指令端发送的第二电平信号时，均将主信号端和第二从信号端导通。

可选地，所述安全模块的控制指令端包括第一指令端和第二指令端，所述第一指令端与所述第一切换开关的控制端连接，所述第二指令端分别与所述第二切换开关和第三切换开关的控制端连接。

可选地，当计算机开机时，所述安全模块的输出的第一控制指令包括以预设顺序输出的第一子指令和第二子指令，所述第一子指令为所述第一指令端输出第一电平信号，且所述第二指令端输出第二电平信号；所述第二子指令为所述第一指令端输出第二电平信号，且所述第二指令端输出第二电平信号。

可选地，所述CPU的型号是飞腾D2000，所述安全检测装置还包括电平转换芯片，所述电平转换芯片连接在所述CPU和所述第二切换开关之间。

可选地，所述电平转换芯片的型号为圣邦微SGM4562。

可选地，所述安全检测装置还包括第一上拉电阻、第二上拉电阻和第三上拉电阻，所述第一上拉电阻、第二上拉电阻和第三上拉电阻分别连接在所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关的控制端，并连接到预设电压信号。

可选地，所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关的型号是思瑞浦TPW3257-TS3R。

可选地，所述安全模块是TPCM芯片。

本申请提供的技术方案，具有如下优点：

本申请提供的技术方案，将安全模块与一个切换开关电路连接，该切换开关电路由多个切换开关复合连接而成，从而将CPU、EC芯片、EC闪存、BIOS芯片均与该切换开关电路连接，当计算机开机时，安全模块即可通过控制该切换开关电路，先依次将安全模块和BIOS芯片之间的线路、将安全模块和EC闪存之间的线路导通，从而安全模块依次对BIOS芯片和EC闪存中的指令程序进行安全校验，如果安全校验通过，则安全模块再控制切换开关电路将CPU和BIOS芯片之间的线路、将EC芯片和EC闪存之间的线路同时导通，此时***对CPU进行上电开机，即可实现在BIOS和EC两种固件均进行了安全校验的前提下进行启动，进一步保证计算机开机的安全性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了现有技术中切换开关的结构示意图；

图2示出了本发明一个实施方式中一种BIOS和EC固件的安全检测装置的结构示意图；

图3示出了本发明一个实施方式中一种BIOS和EC固件的安全检测装置的另一个结构示意图；

图中标号如下：

01-安全模块，02-CPU，03-EC芯片，04-EC闪存，05-BIOS芯片，06-切换开关电路，07-电平转换芯片，S1-第一切换开关，S2-第二切换开关，S3-第三切换开关，R0-第一上拉电阻，R1-第二上拉电阻，R2-第三上拉电阻。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，在一个实施方式中，一种BIOS和EC固件的安全检测装置，具体包括安全模块01、CPU02、EC芯片03、EC闪存04、BIOS芯片05和切换开关电路06，其中切换开关电路06分别与安全模块01、CPU02、EC芯片03、EC闪存04和BIOS芯片05连接，是由多个切换开关组成的复合电路。

在本实施例中，设置多个切换开关按照预设结构连接，从而得到复合构成的切换开关电路06，以对接安全模块01、CPU02、EC芯片03、EC闪存04和BIOS芯片05，其中安全模块01用于向切换开关电路06发送控制指令和SPI信号，控制指令用于控制切换开关电路06按照预设逻辑从上述元件中选择两个元件并将其之间的线路导通，SPI信号用于对BIOS芯片05或EC闪存04中预置的指令程序进行安全校验，识别其内部指令程序是否被攻击代码修改。

当计算机开机时，切换开关电路06根据安全模块01的第一控制指令，以预设顺序依次控制安全模块01和BIOS芯片05之间的线路、安全模块01和EC闪存04之间的线路导通，其他线路均不导通，当线路导通时，安全模块01分为两次发出SPI信号依次对BIOS芯片05和EC闪存04中的指令程序进行安全校验，若校验通过，则安全模块01发出第二控制指令，控制切换开关电路06同时将CPU02和BIOS芯片05之间的线路、EC芯片03和EC闪存04之间的线路导通，并控制CPU02开始上电启动，以使EC芯片03和CPU02分别通过EC闪存04和BIOS芯片05内部的信息启动。从而通过本实施例提供的安全检测装置，实现了在BIOS和EC两种固件均进行了安全校验的前提下进行启动，进一步保证计算机开机的安全性。

具体地，如图3所示，在一实施例中，切换开关电路06包括第一切换开关S1、第二切换开关S2和第三切换开关S3，第一切换开关S1、第二切换开关S2和第三切换开关S3，均包括控制端SEL、主信号端A、第一从信号端B1和第二从信号端B2；其中，第一切换开关S1、第二切换开关S2和第三切换开关S3的控制端SEL均与安全模块01的控制指令端连接，从而使第一、第二和第三切换开关S3均能够响应安全模块01发出的控制指令，实现线路的切换。第一切换开关S1的主信号端A和安全模块01的SPI端连接，从而通过第一切换开关S1将安全模块01的SPI信号一分为二，达到对BIOS芯片05和EC闪存04分为两次分别校验的目的。为了进一步实现该目的，本实施例还需将第一切换开关S1的第一从信号端B1和第二切换开关S2的第二从信号端B2连接，并将第一切换开关S1的第二从信号端B2和第三切换开关S3的第二从信号端B2连接。然后将第二切换开关S2的第一从信号端B1和CPU02连接，将第二切换开关S2的主信号端A和BIOS芯片05连接，并将第三切换开关S3的第一从信号端B1和EC芯片03连接，将第三切换开关S3的主信号端A和EC闪存04连接。

其中，切换开关的控制逻辑为：当第一切换开关S1、第二切换开关S2和第三切换开关S3的控制端SEL接收到安全模块01的控制指令端发送的第一电平信号时，均将主信号端A和第一从信号端B1导通，当第一切换开关S1、第二切换开关S2和第三切换开关S3的控制端SEL接收到安全模块01的控制指令端发送的第二电平信号时，均将主信号端A和第二从信号端B2导通。

基于上述切换开关电路06的连接关系，从安全模块01的控制指令端包括第一指令端GPIO1和第二指令端GPIO2，其中第一指令端GPIO1与第一切换开关S1的控制端SEL连接，第二指令端GPIO2分别于第二切换开关S2和第三切换开关S3的控制端SEL连接。

基于上述整体电路结构和切换开关的控制逻辑，本发明实施例还提供了在安全模块01中运行的安全检测指令，通过运行安全检测指令，即可实现安全模块01对BIOS芯片05和EC闪存04分别校验的目的，安全模块01运行安全检测指令的具体步骤如下：

安全模块01发出第一控制指令，该第一控制指令分为两部分，第一部分(第一子指令)是安全模块01给第一切换开关S1发送第一电平信号，并且给第二切换开关S2和第三切换开关S3同时发送第二电平信号，使得第一切换开关S1的主信号端A和第一从信号端B1导通，使得第二切换开关S2和第三切换开关S3均是主信号端A和第二从信号端B2导通。安全模块01的SPI信号即可通过第一切换开关S1的主信号端A和第一从信号端B1之间的线路到达第二切换开关S2，然后从第二切换开关S2的第二从信号端B2和主信号端A的线路到达BIOS芯片05，对BIOS芯片05中的程序代码进行校验，同时安全模块01与EC闪存04之间的线路处于断开状态，EC闪存04与EC芯片03之间的线路也处于断开状态，不会发生BIOS芯片05和EC闪存04同时校验的情况而影响安全模块01工作逻辑。

同理，第一控制指令的另一部分(第二子指令)是，安全模块01向第一切换开关S1发出第二电平信号，并向第二切换开关S2和第三切换开关S3同时发送第二电平信号，此时第二切换开关S2和第三切换开关S3均是主信号端A和第二从信号端B2导通，而由于第一切换开关S1与第二从信号端B2导通，因此安全模块01可以发出SPI信号通过第一切换开关S1到达第三切换开关S3从而对EC闪存04内的指令程序进行校验。

上述第一子指令和第二子指令按照预设顺序依次执行，在本实施例中预设顺序可设为先执行第一子指令再执行第二子指令，反之亦可，只要针对BIOS芯片05和EC闪存04满足依次校验的条件即可，本实施例并不做特殊限定。

最后，若校验不通过，则不执行开机流程，进一步保证计算机的安全性，若上述校验通过，安全模块01则向三个切换开关发出第二控制指令，第二控制指令包括给第二切换开关S2和第三切换开关S3均发出第一电平信号，从而使得第二切换开关S2和第三切换开关S3均是主信号端A和第一从信号端B1导通，即使得BIOS芯片05与CPU02、EC芯片03和EC闪存04建立连接，此时计算机电源再给CPU02上电，计算机即可正常工作。另外，此时安全模块01给第一切换开关S1发出的第二控制指令为第一电平信号或第二电平信号均可，由于第二切换开关S2和第三切换开关S3此时均和第一切换开关S1处于断开状态，因此不论第一切换开关S1接收到何种信号，均不会使安全模块01与BIOS芯片05和EC闪存04中的任意一个建立连接，保证了电路逻辑稳定。

通过上述电路连接关系和控制逻辑，本发明实施例提供的BIOS和EC固件的安全检测装置，只需要三个切换开关的互相配合，即可将安全模块01的SPI信号一分为二，并且按照一定的先后顺序，令安全模块01依次对BIOS芯片05和EC闪存04中的指令程序进行安全校验，同时校验完成之后，安全模块01又可通过控制其中两个切换开关，将BIOS芯片05与CPU02导通，将EC芯片03和EC闪存04导通，计算机即可正常上电工作。使用了较少的元件，且电路容易搭建，完成了对BIOS和EC固件检测，方案实现成本低、难度低、不论攻击代码在BIOS还是EC固件中，均可保证安全开机，且进一步保证了计算机的安全性。

在本发明实施例中，第一、第二和第三切换开关S3选用思瑞浦TPW3257-TS3R，此芯片采用TSSOP封装，小封装占用主板面积小，并且SOP封装方便重工调试，同时自主可控性高。

具体地，在一实施例中，为了将本发明实施例提供的安全监测装置应用于飞腾平台，当CPU02的型号是飞腾D2000时，本发明实施例提供的安全检测装置还包括电平转换芯片07，并将电平转换芯片07连接在CPU02和第二切换开关S2之间。考虑到飞腾D2000处理器是1.8V电平IO，为了使本实施例的安全监测装置与飞腾平台适配，故采用电平转换芯片07转换成通用的3.3V电平连接到第二切换开关S2。在本发明实施例中，电平转换芯片07的可采用圣邦微SGM4562，其自主可控性更强。

具体地，如图3所示，在一实施例中，安全检测装置还包括第一上拉电阻R0、第二上拉电阻R1和第三上拉电阻R2，其中第一上拉电阻R0、第二上拉电阻R1和第三上拉电阻R2分别连接在第一切换开关S1、第二切换开关S2和第三切换开关S3的控制端SEL，并连接到预设电压信号。具体地，在本实施例中，预设电压信号为3.3V，目的是通过预置3.3V信号到三个切换开关，在开机之前默认CPU02和BIOS芯片05不连通、EC芯片03和EC闪存04不连通，避免因为短路导致SPI导通使计算机***直接启动，从而进一步保证了计算机的安全性。

具体地，在一实施例中，本发明实施例采用的安全模块01为TPCM(TrustedPlatform Control Module，可信平台控制模块)，该模块是一个PCIe X8标准尺寸的插卡，自定义的信号，卡上使用FPGA芯片，TPCM在TCM的基础上加以信任根控制功能，实现密码与控制相结合，实现了TPCM对整个平台的主动控制，可用于建立和保障信任源点，提供可信平台控制、完整性度量、安全存储、可信报告以及密码服务等一系列可信计算功能。

通过上述各个组成部分，本申请提供的技术方案，将安全模块01与一个切换开关电路06连接，该切换开关电路06由多个切换开关复合连接而成，从而将CPU02、EC芯片03、EC闪存04、BIOS芯片05均与该切换开关电路06连接，当计算机开机时，安全模块01即可通过控制该切换开关电路06，先依次将安全模块01和BIOS芯片05之间的线路、将安全模块01和EC闪存04之间的线路导通，从而安全模块01依次对BIOS芯片05和EC闪存04中的指令程序进行安全校验，如果安全校验通过，则安全模块01再控制切换开关电路06将CPU02和BIOS芯片05之间的线路、将EC芯片03和EC闪存04之间的线路同时导通，此时***对CPU02进行上电开机，即可实现在BIOS和EC两种固件均进行了安全校验的前提下进行启动，进一步保证计算机开机的安全性。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种BIOS和EC固件的安全检测装置，其特征在于，包括安全模块、CPU、EC芯片、EC闪存、BIOS芯片和切换开关电路；

所述切换开关电路分别与所述安全模块、CPU、EC芯片、EC闪存和BIOS芯片连接，是由多个切换开关组成的复合电路；

当计算机开机时，所述切换开关电路根据所述安全模块的第一控制指令，以预设顺序依次控制所述安全模块和所述BIOS芯片之间的线路、所述安全模块和所述EC闪存之间的线路导通，以使所述安全模块发出SPI信号依次对所述BIOS芯片和所述EC闪存进行校验，若校验通过，则所述切换开关电路根据所述安全模块的第二控制指令，同时将所述CPU和所述BIOS芯片之间的线路、所述EC芯片和所述EC闪存之间的线路导通，以使所述EC芯片和所述CPU分别通过所述EC闪存和所述BIOS芯片内部的信息启动。

2.根据权利要求1所述的安全检测装置，其特征在于，所述切换开关电路包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关，均包括控制端、主信号端、第一从信号端和第二从信号端；

所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关的控制端均与所述安全模块的控制指令端连接，所述第一切换开关的主信号端和所述安全模块的SPI端连接，所述第一切换开关的第一从信号端和所述第二切换开关的第二从信号端连接，所述第一切换开关的第二从信号端和所述第三切换开关的第二从信号端连接，所述第二切换开关的第一从信号端和所述CPU连接，所述第二切换开关的主信号端和所述BIOS芯片连接，所述第三切换开关的第一从信号端和所述EC芯片连接，所述第三切换开关的主信号端和所述EC闪存连接；

其中，当所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的控制端接收到安全模块的控制指令端发送的第一电平信号时，均将主信号端和第一从信号端导通，当所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的控制端接收到安全模块的控制指令端发送的第二电平信号时，均将主信号端和第二从信号端导通。

3.根据权利要求2所述的安全检测装置，其特征在于，所述安全模块的控制指令端包括第一指令端和第二指令端，所述第一指令端与所述第一切换开关的控制端连接，所述第二指令端分别与所述第二切换开关和第三切换开关的控制端连接。

4.根据权利要求3所述的安全检测装置，其特征在于，当计算机开机时，所述安全模块的输出的第一控制指令包括以预设顺序输出的第一子指令和第二子指令，所述第一子指令为所述第一指令端输出第一电平信号，且所述第二指令端输出第二电平信号；所述第二子指令为所述第一指令端输出第二电平信号，且所述第二指令端输出第二电平信号。

5.根据权利要求2所述的安全检测装置，其特征在于，所述CPU的型号是飞腾D2000，所述安全检测装置还包括电平转换芯片，所述电平转换芯片连接在所述CPU和所述第二切换开关之间。

6.根据权利要求5所述的安全检测装置，其特征在于，所述电平转换芯片的型号为圣邦微SGM4562。

7.根据权利要求2所述的安全检测装置，其特征在于，所述安全检测装置还包括第一上拉电阻、第二上拉电阻和第三上拉电阻，所述第一上拉电阻、第二上拉电阻和第三上拉电阻分别连接在所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关的控制端，并连接到预设电压信号。

8.根据权利要求2所述的安全检测装置，其特征在于，所述第一切换开关、所述第二切换开关和所述第三切换开关的型号是思瑞浦TPW3257-TS3R。

9.根据权利要求1所述的安全检测装置，其特征在于，所述安全模块是TPCM芯片。

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