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03 2020 Elektronik 33 Mikroelektronik mehr Informationen über die Entfernung bzw Übertragungsqualität befinden als im simplen RSSI-Wert Allerdings zeigt die Praxis dass sich auch damit keine zuverlässige Positionsbestimmung realisieren lässt Die Methode im 802 11mc-Standard misst die Zeit die benötigt wird um ein Paket vom Zugangsknoten zum Gerät und wieder zurück zu senden Round Trip Time 8 Bild 3 Elegant an dieser Methode ist dass die Uhren RTC Real Time Clock von Zugangsknoten und Gerät nicht synchronisiert werden müssen weil nur die jeweiligen Differenzzeiten in die Berechnung eingehen Die erzielbare Genauigkeit liegt bei immerhin 1 m Ultralow-PowerCoprozessor mit RISC-V-Architektur Der ULP-Coprozessor kann verwendet werden um die Funktionen der CPU im normalen Arbeitsmodus zu erweitern oder im Ruhezustand als Stammhirn quasi die CPU rudimentär zu ersetzen Der ULP-Coprozessor und der RTCSpeicher bleiben dabei im Tiefschlafmodus aktiv und so können AssemblerProgramme für den ULP-Coprozessor abgelegt im langsamen RTC-Speicher im Tiefschlafmodus auf RTC-Ein-Ausgänge RTC-Peripherie RTC-Timer und interne Sensoren zuzugreifen Gegenüber dem ULP-Coprozessor des ESP32-DxWD 9 weist der ULP-Coprozessor im S2 einige wesentliche Änderungen auf Er wurde im S2 mit einer RISC-V-Architektur implementiert was nach Angaben von Espressif den deutlich größeren Befehlssatz IMC Instruction Set ermöglicht Er verfügt über 32 Register mit 32 bit Breite sowie 32-bit-Multiplizierer und -Dividierer Letztlich ist natürlich entscheidend welche Stromaufnahme durch das gesamte Power-Management des ICs realisierbar ist Tabelle Für die Stromaufnahme im Tiefschlafmodus gibt Espressif einen Wert von 7 µA an dabei ist der Touch-Sensor mit einem Tastgrad von 1 % aktiv zum Aufwecken Der ESP32-DxWD dagegen zieht unter vergleichbaren Bedingungen 100 µA insofern also eine erhebliche Reduktion der Stromaufnahme und notwendige Voraussetzung um das Versprechen batteriebetriebener Geräte einzulösen Erweiterte Sicherheitseigenschaften Nachdem im April diesen Jahres Espressif durch Security-Analysten von der Möglichkeit der Software-Manipulation durch einen sogenannten Fault Injection Exploit unterrichtet wurde entschied sich das Unternehmen zu einem offensiven Umgang mit der Problematik ließ den ESP32-ROM-Bootcode und seine Secure-Boot-Eigenschaften umfangreich untersuchen informierte Anwender und veröffentlichte Patches seines SDKs um die Flash-Verschlüsselung bei aktiviertem Secure Boot jederzeit zu gewährleisten 10 Fault Injection ist eine Methode mit physikalischen Mitteln z Bmit speziellen Taktoder Versorgungsspannungsfluktuationen ein Prozessorsystem in einen undefinierten Zustand zu zwingen um damit Sicherheitslücken zu öffnen die es erlauben eigenen Code auszuführen Da diese Art des Hackens direkten Zugang zur Hardware erfordert ist das Schadenspotenzial geringer als bei Exploits über das Internet aber natürlich unangenehm für Hersteller und Nutzer da Schwächen im Sicherheitskonzept zutage treten Im Falle der ESP32-CPU bestand durch den FaultInjection-Angriff die Möglichkeit die Verifikation des Secure Boot Digest beim Starten zu umgehen und eigenen Programmcode auszuführen Die Abwehrmaßnahme bestand folglich darin für eine lückenlose und kryptographisch harte Code-Verschlüsselung im Flash-Speicher zu sorgen und dies entsprechend in der Firmware umzusetzen Diese praktischen Erfahrungen sind natürlich auch in das Sicherheitskonzept des neuen ESP32-S2 eingeflossen Speicherinhalte der externen Flashund SRAM-Speicher können jetzt mit AES256-XTS verschlüsselt werden die Schlüssel dafür finden Platz im 4 Kbit großen OTP-Speicher One Time Programmable in Form von eFuse realisiert und sind nicht durch Softwarezugriffe erreichbar Damit lässt sich nicht autorisiertes Lesen von Anwendungscode oder -daten verhindern Secure Boot basiert auf einer Hardwarewurzel der gesamten Sicherheitskette Root of Trust und stellt sicher dass nur eine per RSA-PPS Probabilistic Signature Scheme signierte Firmware gebootet werden kann Ein HMAC-Modul Keyed-Hash Message Authentication Code kann für Anwendungssoftware nicht zugängliche Tabelle Stromaufnahme des neuen ESP32-S2 unter verschiedenen Betriebsbedingungen Betriebsart Beschreibung Stromaufnahme typ Modem Sleep CPU ist eingeschaltet 240 MHz 19 mA 160 MHz 16 mA Std 80 MHz 12 mA Light Sleep 450 μA Deep Sleep ULP aktiv 220 μA ULP Sensor-Monitored Pattern 7 μA bei 1 % Tastgrad RTC Timer + RTC Speicher 10 μA Nur RTC Timer 5 μA Power Off SoC ausgeschaltet CHIP_PU Low 0 1 μA Bild 4 Entwicklungskit DevkitC von Espressif mit dem Chip 7 also dem ESP32-S2 Bild Espressif