基于DSP的程序加密保護體制設計

目前，DSP以其卓越的性能、獨有的特點(diǎn)，已經(jīng)成為通信、計算機、消費類(lèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎器件。同時(shí)，隨著(zhù)對知識產(chǎn)權的重視，在利用DSP進(jìn)行產(chǎn)品設計時(shí)，如何保護自己的成果，防止破譯者竊取，也成為設計者工作在一個(gè)重要方面[1,2]。如果產(chǎn)品大批量生產(chǎn)，那么可以利用掩膜技術(shù)等工藝將操作程序及數據寫(xiě)入芯片，使它們不能被讀出，達到保護的效果。對于還沒(méi)有形成規模的產(chǎn)品，使用這樣的方法就會(huì )使成本大大增加。因此，本文提出一種方法，利用3DES、Geff發(fā)生器和MD5等算法，構造一種加密體制，來(lái)保護DSP程序。

1 加密原理及硬件結構

1.1 加密原理

該體制的加密原理可分為2個(gè)層次。首先是對程序的初始保護，就是把程序寫(xiě)入DSP芯片之前，對源代碼進(jìn)行加密處理，然后將密文寫(xiě)放入芯片。這樣芯片中就不存在明文形式的源代碼。當要運行該程序時(shí)，就從微狗中取出密鑰進(jìn)行解密，再繼續運行。第2個(gè)層次就是在DSP程序運行過(guò)程中的連續保護。它的處理對象是一些重要參數或變時(shí)，通過(guò)“加鎖”，讓它們一直以密文形式存在于程序中。只有需要使用這些數據時(shí)，才從微狗內取出密鑰進(jìn)行解密。使用結束后，仍舊“加鎖”保護，使之仍然是密文形式。

1.2 硬件結構

在這種加密體制中，需要1片微狗實(shí)現密鑰管理。如果原來(lái)的DSP系統中已經(jīng)存在帶有加密位的EPLD、CPLD或單片機，就可以利用以有資源進(jìn)行設計，把它們作為微狗，完全不需要額外的硬件支持。否則，不妨用1片單片機完成微狗功能。這是由其良好的性?xún)r(jià)比決定的。

2 工作過(guò)程和密鑰管理

根據加密原理，該體制的工作過(guò)程同樣分為2個(gè)層次。首先，是初始程序保護，它以程序整體為處理對象。然后，是基于數據的連續保護。保護對象是一些重要參數事變量。它保證了加密貫穿程序運行的整個(gè)過(guò)程。在工作過(guò)程中，密鑰管理非常關(guān)鍵，可以說(shuō)，該體制的安全與否就體現在密鑰管理上。

2.1 初始程序保護

初始程序保護使用的加密算法是3DES算法，加密結束后，銷(xiāo)毀密鑰，同時(shí)將密文寫(xiě)入芯片。這樣芯片內就不存在程序的明文形式，可以防止別人通過(guò)簡(jiǎn)單的反匯編得到程序源代碼。開(kāi)始運行DSP程序時(shí)，就在DSP監控程序的控制下，從微狗內取出相應的密鑰，解密恢復出源代碼。

微狗主要實(shí)現密鑰管理功能。內部密鑰的生成機制和主程序完全相同。把主程序以密文形式寫(xiě)入DSP芯片時(shí)，通過(guò)監控程序告知微狗，微狗內部同時(shí)生成對應密鑰K0;主程序開(kāi)始運行時(shí)，再在監控程序控制下，從微狗內取出密鑰K0，解密，得到明文形式源代碼。

可是，由于只有1個(gè)密鑰，破譯者完全可以通過(guò)截取DSP和微狗之間的通信數據，很容易地得到密鑰。一旦得到密鑰，這種保護體制也就形同虛設了。因此，我們又采取了基于數據驅動(dòng)的連續保護。

2.2 基于數據驅動(dòng)的連續保護

所謂基于數據驅動(dòng)的連續保護，即是對程序中重要的參數或變量進(jìn)行加密處理。由于這些參數或變量在程序運行時(shí)需要反復使用。故而通過(guò)對它們的保護，就可以使加密貫空程序的整個(gè)運行過(guò)程。

譬如對濾波器系數ap的保護，將其加密，即“加鎖”，同時(shí)銷(xiāo)毀密鑰。在求ap+1時(shí)，需要用到ap，就向監控程序發(fā)出申請，在它的控制下，從微狗中取出對應密鑰，開(kāi)銷(xiāo)，恢復ap，進(jìn)行運算。運算結束后，再將ap和ap+1“加鎖，保存，繼續執行DSP主程序。這樣不停地“加鎖”、“開(kāi)鎖”，使得在同一時(shí)刻DSP主程序中都存在密文。

此時(shí)微狗中密鑰的生成必須和DSP主程序中的加密處理“同步”，即主程序的加密密鑰要和微狗內生成的對應密鑰相同。這個(gè)可以由DSP監控程序利用DSP內部的中斷程序協(xié)調實(shí)現。使用密鑰Ki對某參數或變量加密結束后，通過(guò)中斷告訴監控程序加密完成，然后鎖毀該密鑰。繼續執行DSP程序時(shí)，若需要使用該參數或變量，就向監控程序發(fā)出要求，在監控程序的控制下，從微狗中取出對應密鑰Ki，解密。其具體過(guò)程如圖1所示。

其中，a、b為主程序和DSP監控程序之間的數據交換，包括彼此呼叫與應答;c為DSP監控程序對微狗的控制，發(fā)出某種命令;d是主程序在DSP監控程序的控制下，從微狗內取出相應的密鑰。

微狗將生成的密鑰依次排列，然后等待主程序取密鑰。不論是初始程序保護還是基于數據的連續保護，都只受監控程序的控制。這樣可以保證主程序獲得正確密鑰。

加入連續保護后，破譯者要想得到源代碼，必須跟蹤程序的整個(gè)運行過(guò)程。這樣，對于破譯者而言，所花費的代價(jià)等于自己獨立寫(xiě)一套程序，顯然也失去了破譯的必要。

2.3 細節處理

除了上述保護措施，還可以使用一些編程技巧，在細節上小心謹慎，寫(xiě)出讓人“眼花繚亂”的程序，否則，破譯者很可能不必完全跟蹤，就能夠獲取源程序。因為目的是要迷惑別人，所以就得盡量破壞程序的可讀性。譬如打亂程序的正常順序，使其顯得雜亂無(wú)章;適時(shí)適地插入無(wú)用代碼，增強干擾;使參數變量的命名晦澀難懂，絕對不能有key、digest等諸如此類(lèi)可以望文生義的名稱(chēng)?？傊?，要讓破譯者對獲取的內容不知所云，以增加其還原源程序的難度。

3 相關(guān)算法及密鑰生成機制

該體制的加密算法是3DES，是個(gè)對稱(chēng)算法。其安全性可以說(shuō)完全體現在密鑰上。因此，如何產(chǎn)生一個(gè)“安全”的密鑰至為關(guān)鍵。在密鑰的生成機制中，用到了Geffe發(fā)生器和MD5算法。