提起唯一ID,最容易想到的就是我們每個(gè)人的身份證號(hào),均是獨(dú)一無(wú)二的,無(wú)法仿冒。作為芯片而言,同樣具有這一身份標(biāo)識(shí)——UID。利用芯片這唯一ID來(lái)實(shí)現(xiàn)加密,在智能產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的情況下是十分必要的。
首先需要明確的是,沒(méi)有一種加密是“絕對(duì)”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LPC1000的UID加密方案為例進(jìn)行介紹。
LPC1000系列的加密方案
通過(guò)分析得出,基于CortexM0或CortexM3內(nèi)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(hù)機(jī)制,限制用戶訪問(wèn)片內(nèi)Flash;
2、通過(guò)芯片UID并添加加密算法使每片MCU內(nèi)的程序具有唯一性。
代碼讀保護(hù)機(jī)制是通過(guò)使能系統(tǒng)中的不同安全級(jí)別,以便限制訪問(wèn)片內(nèi)Flash,本次不做重點(diǎn)介紹。
UID加密
UID是唯一標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)符,該標(biāo)識(shí)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(duì)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(fù)制到其他芯片中也是不能正常運(yùn)行的,從而達(dá)到保護(hù)開(kāi)發(fā)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯和盜用的目的。
LPC1000的UID加密方案
基本思路是使用上位機(jī)軟件通過(guò)編程器讀取芯片的UID,經(jīng)加密算法運(yùn)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(jī)相同的加密算法運(yùn)算后計(jì)算出密鑰,并與之前寫(xiě)入Flash中的密鑰比較,若相同則繼續(xù)執(zhí)行用戶程序,否則跳入死循環(huán)或執(zhí)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(xiàn)此方案需要準(zhǔn)備的資源如下。
硬件資源:
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LPC1766FBD100芯片;
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SmartPRO 5000U-PLUS編程器;
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QFP100-NXP適配座;
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SmartCortex M3-1700開(kāi)發(fā)板(測(cè)試用,非必需)。
軟件資源:
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SmartPRO 2008 2.0.56.exe上位機(jī)軟件;
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Programmer.rar編程器上位機(jī)UID加密補(bǔ)丁;
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Uid.rar編程器上位機(jī)UID加密算法;
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LPC1766在Keil4下的工程模板;
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Keil4開(kāi)發(fā)環(huán)境;
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Microsoft Visual C++ 6.0。
一、下位機(jī)
下位機(jī)(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(xù)執(zhí)行用戶代碼。這里我們舉例采用的加密算法是將UID的補(bǔ)碼作為密鑰,加密方法比較簡(jiǎn)單,用戶可自行對(duì)加密算法進(jìn)行修改,寫(xiě)出復(fù)雜的加密算法。
讀取芯片UID的方法是通過(guò)調(diào)用芯片內(nèi)部的IAP函數(shù)實(shí)現(xiàn),如圖2所示。
圖2 讀取UID
二、上位機(jī)
在下位機(jī)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(duì)MCU進(jìn)行加密。
第一步,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。用戶需要在uid.cpp中的UidAlgorithm函數(shù)中添加自定義算法,如圖3。
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(rèn)安裝在C:Program Files路徑下。
第三步,安裝SmartPRO 2800加密補(bǔ)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(fù)制到C:Programd FilesSmartPRO 2008Programmer下,SmartPRO 2008啟動(dòng)后將會(huì)自動(dòng)調(diào)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(jī)程序時(shí)生成的hex或bin文件 )。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)如圖4的特殊提示,這是因?yàn)镵eil編譯器在編譯時(shí)沒(méi)有將Flash中前8個(gè)字單元的內(nèi)容進(jìn)行代碼有效校驗(yàn)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(diào)用校驗(yàn)算法自動(dòng)添加校驗(yàn)。關(guān)于代碼有效校驗(yàn)和填充的相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參考LPC1766用戶手冊(cè)中“Flash編程”一章的相關(guān)內(nèi)容。
圖4 用戶代碼無(wú)效提示
第七步,開(kāi)始下載,點(diǎn)擊“組合”即可,默認(rèn)執(zhí)行的是擦除、編程、校驗(yàn)三個(gè)步驟的結(jié)合。
成功編程后,如果重新讀取Flash,打開(kāi)緩沖區(qū),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(shè)計(jì)的加密算法和加密預(yù)期效果一致。
圖5 緩沖區(qū)查看密鑰
驗(yàn)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(yàn)證芯片計(jì)算出的密鑰與Flash中寫(xiě)入的密鑰校驗(yàn)一致,芯片程序正常運(yùn)行。
圖6 開(kāi)發(fā)板驗(yàn)證
總結(jié)
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(fù)制到其他芯片上使用,程序?qū)⑼A粼谂袛嗝荑€是否匹配語(yǔ)句,導(dǎo)致程序不再向下執(zhí)行,從而防止軟件程序被非法使用者盜用。ZLG致遠(yuǎn)電子在加密保護(hù)方面從未停止過(guò)腳步,為用戶保駕護(hù)航不遺余力!
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半導(dǎo)體芯片
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原文標(biāo)題:【安全】如何利用芯片“身份證”加密?
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