利用FPGA的新功能保證視頻設計安全性

DeviceDNA允許設備生產(chǎn)商將一個(gè)獨一無(wú)二的非易失工廠(chǎng)序列號直接寫(xiě)入到FPGA器件中。每個(gè)器件的ID都不同，因此可以將設計綁定到特定的FPGA器件中。DeviceDNA可以作為接收設備的獨特序列號，一個(gè)唯一的許可代碼，或者與用戶(hù)定義的寫(xiě)在FPGA構造中的認證算法配合使用，從而將特定的設計與特定FPGA器件緊密綁定在一起。如果某些人試圖克隆或拷貝認證過(guò)的設計，或者將位流寫(xiě)入另一片不同的FPGA器件，那么由于器件的ID號碼變化，設計就不會(huì )通過(guò)認證。DeviceDNA是一個(gè)57位長(cháng)的序列號，可以通過(guò)器件內部的邏輯構造讀取。

DeviceDNA與用戶(hù)定義認證算法緊密結合能夠以合理的系統成本實(shí)現所需要的安全度。在采用認證算法的方法中，安全性的關(guān)鍵是算法本身。在本方法中，安全過(guò)程中必須有某些部分要保密，在本案例中則是用戶(hù)定義的算法本身。由于算法在PPGA邏輯構造中實(shí)現，因此成為FPGA數百萬(wàn)配置位中的少數位。除非知道這些位如何組合在一起，或者知道算法本身，否則參于任何試圖拷貝設計的人來(lái)說(shuō)，看起來(lái)都僅僅是一堆數字。

用戶(hù)定義的算法可以如系統所需要的一樣簡(jiǎn)單或復雜 - 例如：可以是簡(jiǎn)單的哈希算法，或者更為復雜的三次DES、AES6?、128或256位，甚至是完全定制的算法。同時(shí)還可以將用戶(hù)定義的認證算法集成到接收器的認證流程內部。這樣可以進(jìn)一步將接收單元與視頻流系統、設計與特定的接收單元捆綁在一起，從而進(jìn)一步提高抵抗克隆的安全能力。此外，算法可以改變以支持不同的視頻解密協(xié)議配置，甚至在不同型號或不同代產(chǎn)品間采用不同的算法，從而進(jìn)一步保證安全性。

安全性提高對生產(chǎn)的影響

硬件安全性問(wèn)題同樣適用于生產(chǎn)流程，特別是板級測試和驗證。因此，設計中經(jīng)常將JTAG功能移除，因為JTAG功能易使設計導致反向工程。許多企業(yè)都采用JTAG來(lái)縮短測試時(shí)間并提高測量和驗證流程中的系統測試覆蓋范圍。然而，沒(méi)有JTAG，就需要更多的測試，特別是系統級測試來(lái)保證一定的測試覆蓋范圍。不使用JTAG技術(shù)會(huì )提高生產(chǎn)成本，并最終影響到系統總成本。

JTAG的問(wèn)題在于INTEST命令，用于檢查設計的內部邏輯功能。反向工程時(shí)，這一命令可用來(lái)判斷設計的功能。圖3給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，其中數據移入寄存器，執行INTEST命令，這樣數據會(huì )在時(shí)鐘作用下移入邏輯構造，進(jìn)入下一寄存器，結果可以被讀出。由于可將總體設計的復雜度縮小到更小的邏輯模塊，因此這一命令可使反向工程的工作更容易。

一些FPGA平臺可幫助防止發(fā)生這一過(guò)程，同時(shí)仍然允許生產(chǎn)商完成其管腳至管腳（pin-to-pin）功能。例如，在Xilinx? Spartan?-3A 平臺中， 可在設計中使用BSCAN_SPARTAN3A宏模塊，其檢測邏輯可監控FPGA構造中的JTAG控制信號，如圖4所示。如果檢測到JTAG控制信號的活動(dòng)，用戶(hù)在設計可以立即繞過(guò)關(guān)鍵邏輯或關(guān)斷關(guān)鍵功能，不再執行正確的功能。這樣反向工程人員讀到的將是不正確的功能模塊，在不能完成預期功能的解決方案上浪費時(shí)間和資源。

支持DeviceDNA的FPGA平臺可保證視頻接收機的設計安全，同時(shí)還可為測試和驗證流程提供支持，從而能夠提供成本經(jīng)濟的高質(zhì)量安全解決方案，支持多種不同的視頻流加密協(xié)議。