芯片UID加密方案

　　嵌入式系統產(chǎn)品的加密和解密永遠是一對矛盾的統一體。為了保護產(chǎn)品研發(fā)人員的技術(shù)成果，研究新型加密技術(shù)是非常有必要的。這里我們聊聊使用芯片UID加密的方案。

　　首先需要明確的是，沒(méi)有一種加密是“絕對”可靠的，但是加密手段可以增加非法使用者的解密成本，借此來(lái)防止技術(shù)被“輕易”盜取。本次以L(fǎng)PC1000的UID加密方案為例進(jìn)行介紹。

　　一、LPC1000系列的加密方案

　　通過(guò)分析得出，基于CortexM0或CortexM3內核的LPC1000系列MCU通過(guò)軟件加密的方法有兩種：

　　1、使用代碼讀保護機制，限制用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)片內Flash;

　　2、通過(guò)芯片UID并添加加密算法使每片MCU內的程序具有唯一性。

　　代碼讀保護機制是通過(guò)使能系統中的不同安全級別，以便限制訪(fǎng)問(wèn)片內Flash，本次不做重點(diǎn)介紹。

　　二、UID加密

　　UID是唯一標識符(unique identifier)，在LPC1000系列微控制器的每一顆芯片都具有全球唯一的標識符，該標識符為128位二進(jìn)制序列。因此我們可以利用芯片UID的唯一性對程序進(jìn)行加密，使每一個(gè)產(chǎn)品中的程序也具有唯一性，即使非法使用者獲取了MCU中的程序復制到其他芯片中也是不能正常運行的，從而達到保護開(kāi)發(fā)者的知識產(chǎn)權不被侵犯和盜用的目的。

　　三、LPC1000的UID加密方案

　　基本思路是使用上位機軟件通過(guò)編程器讀取芯片的UID，經(jīng)加密算法運算后生成密鑰，下載程序的同時(shí)向MCU的Flash中某個(gè)地址寫(xiě)入密鑰;MCU上電后，首先讀取芯片的UID，再通過(guò)與上位機相同的加密算法運算后計算出密鑰，并與之前寫(xiě)入Flash中的密鑰比較，若相同則繼續執行用戶(hù)程序，否則跳入死循環(huán)或執行程序開(kāi)發(fā)者指定的代碼。

　　圖1 LPC1000 UID加密方案流程圖

　　實(shí)現此方案需要準備的資源如下。

　　硬件資源：

　　LPC1766FBD100芯片;

　　SmartPRO 5000U-PLUS編程器;

　　QFP100-NXP適配座;

　　SmartCortex M3-1700開(kāi)發(fā)板(測試用，非必需)。

　　軟件資源：

　　SmartPRO 2008 2.0.56.exe上位機軟件;

　　Programmer.rar編程器上位機UID加密補丁;

　　Uid.rar編程器上位機UID加密算法;

　　LPC1766在Keil4下的工程模板;

　　Keil4開(kāi)發(fā)環(huán)境;

　　Microsoft Visual C++ 6.0。

　　1、下位機

　　下位機(即LPC1766芯片)上電并初始化后，首先讀取芯片的UID，解析密鑰并與Flash中的密鑰比較判斷后，再繼續執行用戶(hù)代碼。這里我們舉例采用的加密算法是將UID的補碼作為密鑰，加密方法比較簡(jiǎn)單，用戶(hù)可自行對加密算法進(jìn)行修改，寫(xiě)出復雜的加密算法。

　　讀取芯片UID的方法是通過(guò)調用芯片內部的IAP函數實(shí)現，如圖所示。

　　圖2 讀取UID

　　2、上位機

　　在下位機LPC1766的程序編寫(xiě)完成并生成hex或bin文件后，按照以下步驟對MCU進(jìn)行加密：

　　首先，在Microsoft Visual C++ 6.0下編寫(xiě)加密算法，這里我們已經(jīng)編寫(xiě)完成，僅需解壓uid.rar并打開(kāi)其中的VC工程。用戶(hù)需要在uid.cpp中的UidAlgorithm函數中添加自定義算法，如圖。

　　圖3 加密算法工程

　　加密算法編寫(xiě)完成后，編譯將生成一個(gè)名為uid.dll的算法文件。

　　第二步，安裝SmartPRO 2008軟件，我們默認安裝在C:Program Files路徑下;

　　第三步，安裝SmartPRO 2800加密補丁，方法是將Programmer.rar解壓到C:Programd FilesSmartPRO 2008Programmer路徑下，覆蓋原來(lái)的文件;

　　第四步，將加密算法生成的uid.dll文件復制到C:Programd FilesSmartPRO 2008Programmer下，SmartPRO 2008啟動(dòng)后將會(huì )自動(dòng)調用uid.dll;

　　第五步，連接硬件，將LPC1766芯片放入適配座ZY503D中，連接USB通信電纜和電源;

　　第六步，燒寫(xiě)文件，啟動(dòng)SmartPRO 2008軟件，選擇芯片“LPC1766@LQFP100”，打開(kāi)燒錄文件(在Keil編寫(xiě)下位機程序時(shí)生成的hex或bin文件 )。此時(shí)會(huì )出現一個(gè)如圖4的特殊提示，這是因為Keil編譯器在編譯時(shí)沒(méi)有將Flash中前8個(gè)字單元的內容進(jìn)行代碼有效校驗和的填充而產(chǎn)生該警告，點(diǎn)擊“確定”即可，編譯器在下載過(guò)程中會(huì )調用校驗算法自動(dòng)添加校驗。關(guān)于代碼有效校驗和填充的相關(guān)內容請參考LPC1766用戶(hù)手冊中“Flash編程”一章的相關(guān)內容。

　　圖4 用戶(hù)代碼無(wú)效提示

　　第七步，開(kāi)始下載，點(diǎn)擊“組合”即可，默認執行的是擦除、編程、校驗三個(gè)步驟的結合。

　　成功編程后，如果重新讀取Flash，打開(kāi)緩沖區，定位到0x00002000處，可以看到已經(jīng)寫(xiě)入的密鑰。如圖5所示，與此前設計的加密算法和加密預期效果一致。

　　圖5 緩沖區查看密鑰

　　驗證方法：取下適配座中的芯片，焊接到TinyARMT17核心板上，查到SmartCortex M3-1700開(kāi)發(fā)板底板上，連接P0.11到BEEP插針，如所示。開(kāi)發(fā)板上電后即可聽(tīng)到蜂鳴器的鳴叫。以此驗證芯片計算出的密鑰與Flash中寫(xiě)入的密鑰校驗一致，芯片程序正常運行。

　　圖6 開(kāi)發(fā)板驗證

　　經(jīng)此方法向芯片下載程序后，若有產(chǎn)品盜版者試圖將程序讀出然后復制到其他芯片上使用，程序將停留在判斷密鑰是否匹配語(yǔ)句，導致程序不再向下執行，從而防止軟件程序被非法使用者盜用。