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安全无线充电 英飞凌新出了解决办法

更新:2020-12-04

英飞凌推出了针对电磁感应式无线充电的全新OPTIGA? Trust Charge的认证解决方案,可提供全面的系统集成支持,包括嵌入式软件、主机软件、开发板、参考板和文档等,实现快速简便的设计。OPTIGA? Trust Charge采用USON10-2封装(3x3 mm?),该封装针对小型设备进行了化,适用于智能手机、耳机、平板电脑、可穿戴设备或健康科技设备等小型个人电子设备的无线充电器,充电功率可高达15 W。同时,它也是多种消费级应用及工级应用的理想选择,具有从-40°至+105°C宽泛的工作温度范围。

  据介绍,OPTIGA? Trust Charge已经通过CC EAL6+认证,支持X.509和WPC证书格式,里面还有基于ECDSA、ECC 256和SHA-2的安全认证机制和加密技术。从接口来看,这款芯片支持I?C通信接口,它是一个从器件(slave),也是说这款芯片并非主控芯片,它会跟无线充电的主控制器或者一个MCU通过一个I?C接口进行对接,来完成硬件上的连接。这是一个交钥匙(Turnkey)的方案,所以在提供给客户的方案里既包含了安全芯片,同时也包含对应的一套主机软件—Host Code,提供源代码形式,整体源代码约十几KB。

  英飞凌科技安全互联系统事部大中华区市场经理张庆峰介绍说:“OPTIGA? Trust Charge是界可用于Qi 1.3无线充电标准的嵌入式安全解决方案。利用OPTIGA? Trust Charge进行设备身份验证,可有助于防止使用危险的假冒充电器损坏消费类设备,并保护消费类免受声誉问题的影响。英飞凌会帮助客户提供客户化的证书、密钥的配置、满足设备制造商的要求。因此,用户只需要集成到自己的MCU或者无线充电控制器里,并配合英飞凌的安全芯片可以完成整个的开发过程,缩短整个的开发周期,节省客户的开发资源。目前,样品现已经开始提供。”

  张庆峰,英飞凌科技安全互联系统事部大中华区市场经理

  WPC年底推出新的标准Qi 1.3

  Qi标准是由无线充电联盟(WPC)发布的,主要是针对智能手机和手持设备的无线充电标准。从整个商化角度来讲,WPC Qi是目前主要的一个标准。当前市面上看到的无线充电产品,无论是发射端还是接收端,都是以这个标准进行开发的,如苹果、谷歌、华为、三星、索尼、OPPO、VIVO、小米都是WPC组织的成员,大家也是在跟随WPC标准去开发无线充电设备。

  在Qi 1.3标准出来之前,大部分主要是遵循WPC标准,而像苹果、华为这样的主流厂商,会有自己的私有身份鉴权协议,去完成自己的设备和自身的充电底座之间认证的场景。目前WPC正在准备全新的Qi 1.3,张庆峰预计说,新标准有望在2020年年底正式发布。全新的1.3版本强制将要求对无线充电设备进行强加密身份验证。当Qi 1.3标准实施之后,将会从安全性和互通性这两个层面对整个市场起到很好的带动作用,届时应用场景将主要是以下这三种模式。

  一种模式,A客户的手机和A客户自己的充电器。首先呢,它们一定是同时WPC标准的认证,完成一个身份鉴权认证。同时,A客户的手机也知道这个充电底座是自己的,因此它可以以一个超过WPC规定的功率(如15W),甚至是自己私有协议的更高充电功率进行充电。

  第二种模式是A客户的手机放在B的充电底座上充电。这时候它们也是完成WPC Qi标准的认证,但之间不可能有私有化协议,那么会按照Qi1.3的标准,以15W的充电功率去进行无线充电。

  第三种模式是A客户的手机放到一个没有经过WPC标准认证,没有身份鉴权功能的无线充电底座上面,没有办法完成整个身份鉴权过程。那么这时候,手机可以选择拒绝充电,身份安全,或者说可以以一种充电功率(比如5W)来对手机进行充电,来整个设备的安全。其实这是将来Qi 1.3标准在推出之后,可能从安全性和互通性这两个层面上可以起到比较好的作用吧。

  OPTIGA Trust Charge对标Qi1.3标准的改进

  从市场层面来看,Qi 1.3标准要求使用ECC 256比特加密的ECDSA身份验证,同时中间还会涉及到证书产生和验证的流程。其中证书WPC采用的是X.509版本。对应到英飞凌的OPTIGA? Trust Charge,它支持ECC 256比特密钥和SHA-2,是一个完全Qi 1.3身份鉴权的解决方案。

  OPTIGA Trust Charge满足市场需求和Qi 1.3安全要求

  从WPC市场角度来看,它是希望通过身份验证互通性。所在Qi 1.3标准里面,它通过证书链的方式(至少3-4个证书链)来进行支持,包括WPC的根证书、制造商证书和产品证书。英飞凌的OPTIGA? Trust Charge,通过内部的存储空间扩展可支持多4个X.509证书链,能够满足Qi 1.3标准的要求。

  后,为防止密钥被盗、被攻击、被克隆的风险,在Qi 1.3规范内,强制要求必须要有不低于CC EAL4+认证的安全芯片,从而芯片里密钥和证书的安全性。对应到OPTIGA? Trust Charge这款产品,它可以提供一个通过CC EAL6+高安全规格的安全芯片,它的整个安全等级比Qi 1.3的规范还高了很多。

  无线快充60W充电功率有望两年内实现

  当下,智能手机已经是人们生活中不可或缺的一部分。随着5G、物联网、视频视觉等新技术的推进,人们对智能手机的需求也发生了翻天覆地的变化。在这些变化中,视频的占比将越来越高,例如一些海外的研究报告显示,Facebook 在线直播每年都在翻倍上涨,YouTube 每分钟上传300小时视频;在国内市场中,抖音、微信、微博等各种各样在线视频直播需求,以及上传视频、在线观看视频的需求也火热。手机的功耗升高,由此给智能手机带来了更严峻的续航问题。为解决这个问题,手机厂商们通过电池、电源适配器、芯片等技术研发,来手机的续航能力,以及用户的用机体验。其中,从电源适配器、快充芯片方面充电速度的快充技术,凭借使用简单、方便的势,很快风靡了市场。

  虽然前景可期,但是无线快充也同样面临着诸多挑战,比如从充电率来讲,相较有线充电,无线充电还是会差些。从整个充电功率来说,目前大于5W的快速充电应用越来越多。在新的一些产品里,手机上有支持到27W的,也有支持到40W的。目前,WPC已经在规划Qi 1.4标准,按照这个标准,无线快充将会支持到60W充电功率。张庆峰认为,距离实现这个目标,可能一两年的时间。然而随着充电功率的,电流越大,产品损坏或劣的、没有经过认证的产品会带来很大的安全风险和隐患。.

  无线充电标准三分天下

  之前整个无线充电的标准可谓群雄格局,出现有很多的标准,这也是影响无线充电进一步快速普及的一个主要因素。随着无线充电标准的统一、技术的成熟和市场的推广,包括解决了整个设备通用性和兼容性的问题,无线充电前景是可期的。目前整个无线充电的标准基本明确,即主要有以下三类:

  一种:紧密耦合方式,也叫电磁感应。它的代表有WPC Qi标准,工作范围是在一个110-205KHz低频的频段。现在几乎所有的消费级手机、平板电脑,其实都是在跟随WPC新的标准。

  第二种:磁场共振方式。它的代表有AirFuel(A4WP与PMA整合之后的新联盟),主要针对将来的电动汽车领域,它的充电会通过相同频谱磁场共振的方式进行电力传输,工作在6.78MHz频段。

  第三种:非耦合方式,即通过射频、超声以及红外的无线方式进行电力传输的无线充电。

  WPC Qi目前是商性的领头羊,在过去几年里,Qi稳定增长。知名调研机构Strategy Analytics近期报告的数据显示,2019年Qi终端出货量为4.65亿台,同比增长27%。尽管智能手机占据了大的市场份额,但是具有无线充电功能的可穿戴设备的数量也在增长。WPC整个标准定义的目标是做到充电器跟无线电源兼容性和互通性,不同设备的厂家之间可以做到互通。随着快速充电/高功率的无线充电出现,Qi也正在致力于更新标准,进一步考虑如何去设备,尤其是电池的安全,进而去保护用户和消费者的人身安全。

  Qi标准涵盖需要身份验证的不同功率等级

  此外,在前一段时间,NFC组织也推出了门针对无线充电的NFC无线充电方式,更多目标是可穿戴设备、耳机,所以它的充电能也只有到1W。张庆峰分享说:“总体来说,因大家都看好无线充电将来的发展方向,所以会有更多的标准去做进一步的讨论,这对于我们整个行或者对于整个消费者来讲,其实都是一个好的方向,会帮助我们有更多的技术和更多的产品,去覆盖更多生活上的场景,给我们带来更多的便利。”

  汽车市场的无线充电未来可期

  智能手机的无线快充,对于大多数消费者已经不陌生,但在汽车市场,目前只有在部分高端的车型才能看到车载的无线充电。不过,车载类的无线充电也会快速普及,因为它带来的不仅仅是便捷性,从安全性上也是解决了目前有线充电大的问题。