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白皮书下载丨快充大法好，安全风险别忽视

增你强

2023-04-25

导读：如何让智能手机成为整个充电过程的鉴权中心？哪些鉴权解决方案允许智能手机确认所安装的电池是否适合进行快速充电？

如今充电速度在不断加快，充电器与智能手机之间的兼容性挑战仍然存在，甚至连所用的数据线都有风险。面对庞大的、可能存在风险的第三方电池市场，使用基于硬件的安全技术来规避假冒产品带来的风险，是迫在眉睫的事情。

阐述如何让智能手机成为整个充电过程的鉴权中心，以及哪些鉴权解决方案允许智能手机确认所安装的电池是否适合进行快速充电将是本文探讨的话题。

（文末可下载白皮书）

打工人的期待：更快的充电速度

统计数据显示，我们每天拿起手机多达58次，每天使用手机的平均时长为3小时15分钟，20%的用户每天的手机使用时间长达4个半小时。这相当于每周共有接近一整天时间在使用手机。坦白说，要让智能手机充一次电支撑一整天的使用，对于电子工程师而言是很难以想象的。但可以理解的是，消费者认为每天充几次电才能满足日常生活所需是很麻烦的。随着外观设计和功能方面实现差异化的空间越来越小，超长的电池续航和更快的充电速度已变成新的“杀手锏”。

快充技术层出不穷

由于智能手机的尺寸不可能再大，并且近年来业界一直努力让它们变得更轻薄，所以所有智能手机供应商的电池体积基本都是固定的。虽然过去十年电池技术随着锂电池的推出取得了飞跃式进步，但我们现在实现的能量密度在未来一段时间内不太可能大幅提升。延长电池续航时间的方法之一是，采用更节能的屏幕、背光灯和处理器，但许多这些节能技术已濒临极限。

为了满足智能手机电池充电应用的需求，涌现出一系列技术解决方案，包括来自USB集成商论坛（USB-IF）的《USB电源供电》（USB-PD）规范^⑴允许使用5 V、9 V、15 V和20 V的输出电压及最高5 A的输出电流。这使得可以通过合适的USB插座实现0.5 W至100 W之间的任意充电功率。也有《USB电池充电规范》^⑵，规定的电源输出超越了典型USB主机或集线器端口的标准。这种典型的计算机USB端口被称为“标准下行端口”（SDP），能提供三种输出电流。但这似乎远远无法满足智能手机厂商的需求。因此，众多“快充”解决方案不断涌现，它们包括VOOC、SuperCharge和Quick-Charge等等。它们有些与USB-PD规范兼容，有些则无法兼容。现有数据表明，这些充电器可以提供最高20 V的输出电压，以及最高55 W的输出功率^⑶。

风险也随之而来

快速充电能帮我们解决手机没电而寸步难行的尴尬，但如果电池（假冒或者不合规产品）不支持快速充电，或不是手机厂商所认可的，则不仅可能损坏手机，也将给我们的安全带来风险。解决这个问题的理想方法是，将具备必要处理能力和所需软件的智能手机作为中心验证点。它能使用椭圆曲线加密法（ECC）验证充电器身份，能验证所使用的USB-C数据线的凭据，并且还能检验电池是否是手机厂商认可的。只有所有要素都被证明已达到所要求的信任水平，才能启用完整的快速充电功能。

手机身份鉴权保护你和你的手机

验证电池完整性的过程非常简单直观，可以使用固定的验证流程（图1）。验证流程通常包含以下步骤：

1. 智能手机主机拥有一个由公共认证机构（CA）签名的密钥。

2. 智能手机请求电池提供证书、ECC公钥、ID和其他已签名的数据。

3. 智能手机鉴权公钥的确已被相应方面签名（被认可的电池）。

4. 智能手机向电池发送一个随机质询。

5. 电池使用它的ECC私钥计算出应答。

6. 应答被发送给智能手机。

7. 智能手机使用公钥鉴权应答有效。

采取这种方法时，智能手机不需要任何私钥，只需确认电池是否有适当的安全保护措施。