PCI设计经验总结
1 物理安全保护................................................................................................................................................ 2
1.1 最小系统保护........................................................................................................................................ 2
1.2 PIN输入保护......................................................................................................................................... 3
1.2.1 键盘内部放置窃听器..................................................................... 3
1.2.2 键盘覆盖Overlay........................................................................... 4
1.2.3 PIN输入监测................................................................................ 5
1.3 ICC卡座................................................................................................................................................. 6
1.4 磁头的保护............................................................................................................................................. 8
1.5 LCD保护................................................................................................................................................ 8
1.6 非接保护................................................................................................................................................. 9
1.7 环境适应性............................................................................................................................................. 9
1.8 设备防拆................................................................................................................................................. 9
2 路径保护....................................................................................................................................................... 11
2.1 敏感信号走线...................................................................................................................................... 11
2.2 敏感信号过孔的保护......................................................................................................................... 12
2.3 敏感信号上被动器件的保护............................................................................................................ 13
2.4 敏感信号焊盘的保护......................................................................................................................... 14
3 保护机制自身安全.................................................................................................................................... 16
1 物理安全保护
按PCI规范要求，POS需要保护的有最小系统（26分）、PIN输入(26分)、ICC卡座（20分）、磁头（16分）、LCD（18分）、非接（18分）、环境适应性、设备防拆、保护机制自身安全。下面按照这几部分分别介绍保护方式
一般的，如果是采用物理按键作为PIN输入方式的POS，最小系统和IC卡座放在主板的背面。
1. 如果CPU不具有DDR总线加密机制，那么最小系统可以用保护墙和保护板构造一个封闭的空间来保护。
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Figure.1 封闭空间保护最小系统
2. 如果CPU具有DDR总线加密机制，最小系统可以不用封闭空间保护，原因如下：
1. CPU的壳体具有MESH层保护，存储在CPU RAM的秘钥受到保护；
2. DDR中的程序和数据都是经过CPU加密的；
3. Flash中的程序和敏感信息都是经过签名和加密的，签名可以防止程序被替换，CPU加载程序时会对其进行签名校验。
如果是采用TP作为PIN输入方式的POS，且没有物理按键， ICC卡座和最小系统就可以放在主板正面，利用面壳形成的墙壁作为保护墙、屏幕形成的正面保护、主板内部的MESH充当传统POS盖板的作用，可以简化保护方式，如A70X最小系统和IC卡座保护省掉了保护框和盖板。
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Figure.2 A70X 核心区域示意图
1.2 PIN输入保护
PIN输入要保护的有：
1. PIN输入的整个路径，包括路径上的过孔、电阻电容等器件；
2. 防止PIN输入区域放置窃听装置；
3. 防止用Overlay覆盖按键表面以记录痕迹，包括在键盘表面和键盘内部。
采用物理按键作为PIN输入方式的POS，硅胶按键设计成一整块，从内部安装，内置Bug需要更换硅胶按键，但硅胶按键有Tamper switch，所以更换硅胶按键是比较困难的。
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Figure.3 键盘内部
面壳按键区域表面应做成光滑的，没有明显的台阶，这样在面壳按键面上放置一个记录材料极易被发现。
内部有Tamper switch和Keymesh的保护，很难覆盖Overlay。
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Figure.4 物理按键表面
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Figure.5 TP表面
1.2.3 PIN输入监测
对于PIN输入监测：
1. 结构设计上，每一个数字按键都应用相同的设计、材料以保证每一个按键按下和松开时产生的机械声音一致；
2. 硬件设计上，用在按键信号线上的滤波器件要用相同的型号及厂家，PCB上的各按键信号线走在同一层；
3. 台式机的按键周围应加防窥罩，防止他人窥视。
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Figure.6 按键产生的功耗变化
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Figure.7 按键产生的CPU电磁辐射变化
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Figure.8 防窥罩
1.3 ICC卡座
ICC卡座需要保护的是ICC的I/O信号线、ICC卡座。
1. I/O信号线包括接口芯片与CPU的I/O线、接口芯片与卡座的I/O线，I/O线、接口芯片、卡座及连接在I/O线的被动器件都要用Tamper mesh或保护区域保护；
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Figure.9 IC卡座保护
2. 卡座宜用PIN脚全在卡座后面的类型，应放置在用保护墙、主板、盖板组成的保护区域，卡座与各PCB的间隙尽可能小，卡口尽可能的与面壳或底壳贴近。
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Figure.10 卡座围墙
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Figure.11 IC卡座
磁头需要保护的是信号线及防止双磁头，保护方式：
1. 如果采用的是加密磁头，那么与CPU连接的信号线不需保护，但磁头线圈的6个PIN脚和加密芯片应用环氧树脂封闭；
2. 如果是非加密磁头，那么信号线、连接器、磁头解码芯片和磁头线圈的6个PIN脚都要用Tamper mesh来保护；
3. 磁头的安装位置旁边最好是主板或背板的边缘，便于在靠近磁头的PCB边缘上绕Tamper mesh，这样要加装磁头必须先失效 mesh，从而达到阻止加装磁头的目的
Figure.12 防止双磁头示例
1.5 LCD保护
LCD部分需要保护的是LCD数据总线及连接在I/O上的各种被动器件（电阻电容、滤波器）、LCD防拆。
1. 数据总线路径及过孔一般用Tamper mesh保护；
2. 被动器件放在安全区域内，LCD连接器放在LCD正下方；
3. 用LCD或者TP压住两个斜对角放置的Tamper switch来防拆
4. LCD的镜片最好是从设备内部安装，不要从面壳上面贴上去；
5. LCD与PCB的高度不宜过高，这样LCD下方的空间对于LCD的组件是安全的，可以将一些滤波器、电阻电容放在这里。不过这个高度一般不宜超过4mm（V37的经验），过高需要另加保护墙保护LCD连接器。不同的实验室可能要求不一样，像UL就要插座也要用保护墙围起来，而Brightsight要求相对比较松。
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Figure.13 LCD分解图
非接接口芯片位于保护区、信号线受到保护即可。
设备的安全性不应受到以下影响：
1. 环境变化，主要指温度；
2. 操作条件变化，主要指电压。
一般的，POS机操作的温度范围是0℃~50℃，存储的温度范围是-70℃~-20℃，在这两个温度范围保证设备不触发即可。
安全CPU都会有RTC电压和核心电压监测，超出范围会导致设备触发。
一般用Tamper switch或斑马条来实现防拆：
1． 采用物理按键的POS，面壳有按键区的Tamper switch和LCD 的Tamper switch来防拆；
2． 采用TP的POS，TP与面壳紧贴，TP压着一个斑马条；
3． 底壳一般放置4个（数量不是关键，两个或3个也是可以的）Tamper switch，位置尽量靠近螺丝孔。
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Figure.14 具有物理按键的POS面壳防拆
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Figure.15 具有TP的POS面壳防拆
Figure.16 底壳防拆
2 路径保护
敏感信号一般包括PIN、ICC I/O、MSR、LCD 数据线、非接的SPI。采用Tamper mesh的方式保护信号线，要求信号线所在PCB层的上下一层各覆盖Tamper mesh。以一块8层板为例，信号线在PCB的第4层，则在PCB的第2/3层选一层走Tamper mesh，第5/6/7层选一层走Tamper mesh，Tamper mesh的范围只需覆盖第4层的敏感信号全路径。如下图 ，信号线在第四层，绿色标示，第二层和第七层为Tamper mesh，将信号线包在中间，从正反两面去探测信号线都要先失效Tamper mesh。
Figure.17 信号线路径保护
如果敏感线路有插座，如A70X采用TP作为PIN输入方式，需要保护TP的排线和连接座。 A70X的TP排线采用一层MESH包住TP排线，连接座位于一个插座保护区内。
Figure.18 TP排线
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Figure.19 敏感插座区域爆炸图
敏感信号的过孔两面也要用Tamper mesh覆盖，以8层板为例，3-6的埋孔信号必须用第二层和第七层的Tamper mesh覆盖这个过孔，而不能用过孔经过的层的Tamper mesh，例如第6层的Tamper mesh。如下图3-6的过孔，被第二层和第七层的Tamper mesh覆盖。
Figure.20 过孔保护
连接到敏感信号的电阻电容等被动器件应放置在一个有Tamper mesh包围的保护区域，实际中一般的做法是放置在由墙板、盖板和主板围成的空间里。
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Figure.21 保护区域
一般的，安全CPU采用BGA的封装，CPU的壳体上有Tamper mesh从正面保护CPU的焊盘，如果是焊盘裸露的封装则需一个保护空间，焊盘的另一面则需Tamper mesh覆盖焊盘。以8层板为例，CPU放在底层，PCB的2/3/4/5/6/7的任一层的Mesh覆盖焊盘即可，一般用第二层覆盖，3/4/5/6/7用来走线或布电源层。下图黄色的焊盘是按键信号的焊盘，PCB的第2层Mesh覆盖了这几个焊盘。
Figure.22 按键信号的CPU焊盘
特殊的，采用物理按键作为PIN输入方式的POS，焊盘保护一般采用Keymesh 的方式：
1. Keymesh用一对动态Tamper 信号绕一层，阻止从机器正面攻击焊盘获取PIN输入信号；
2. 至少放置三个相互独立的Tamper switch，且Tamper switch应在Keymesh的边缘，阻止揭开Keymesh。
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Figure.23 焊盘用Keymesh覆盖
错误示例——V60SE POS安全，Keymesh四个角没有用Tamper switch压住，未通过测试。
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Figure.24 Keymesh错误示例
3 保护机制自身安全
目前实际中用到的保护机制是Tamper mesh和Tamper switch。
1. 按键及核心保护区的Tamper mesh的线宽线距要求最大是6mil，且要用两组动态的Tamper 信号绕线；
2. Tamper 信号的过孔也要保护，一般用Tamper mesh或Tamper switch的方式；
Figure.25 Tamper 信号过孔用Tamper mesh保护
Figure.26 Tamper 信号过孔用Tamper switch保护
3. 所有连接到Tamper 信号上的焊盘、电阻电容及之间的走线都不能暴露在非保护区域；
4. Tamper mesh应尽量完整覆盖保护区域，不宜留有大片未覆盖mesh的区域，如下图白色框的区域，mesh覆盖较完整；
Figure.27 保护区域mesh完整覆盖
5. Tamper 信号上接的若干个Tamper switch要用串行的方式连接，不能使用并行的方式，因为并行的失效一路并不会导致设备触发；
Figure.28 Tamper switch串行&并行连接
6. Tamper switch要防止导电油墨的攻击，动态& 静态低触发Tamper 信号的Tamper switch采用外环接地的方式，静态高触发Tamper 信号的Tamper switch采用外环上拉到纽扣电池电源的方式。外环离Tamper switch的距离要适中，太远容易导致使用导电油墨攻击的难度下降，太近容易使Tamper信号与外环短路，不利于生产组装。
Figure.29 常用的Tamper switch封装
7. 保护墙目前有两种走线方式，一种是走平面线，一种是打“缝纫机”孔。平面线要求层数多，每层之间的间距小于0.5mm，如2mm的板做4层，“缝纫机”式的走线要求过孔尽可能的靠近，从侧面看就像形成了一排竖直的栅栏，这样留出的侧攻击缝隙就小，难度就大。
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Figure.30 缝纫机式走线侧面图
Figure.31 缝纫机式走线正面图
8. MESH路径上，最难攻击的点靠近CPU的管脚，容易攻击的点放MESH路径的中间，一般的，后壳的几个触发点是比较容易失效的，如果MESH路径上一头一尾正好是后壳的触发点，就可以失效这两个点后，将这一路MESH攻破。
Figure.32 Tamper失效示意