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详解芯片UID加密方案

作者:时间:2018-07-24来源:网络收藏

嵌入式系统产品的和解密永远是一对矛盾的统一体。为了保护产品研发人员的技术成果,研究新型技术是非常有必要的。这里我们聊聊使用的方案。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201807/383657.htm

首先需要明确的是,没有一种加密是“绝对”可靠的,但是加密手段可以增加非法使用者的解密成本,借此来防止技术被“轻易”盗取。本次以LPC1000的加密方案为例进行介绍。

一、LPC1000系列的加密方案

通过分析得出,基于CortexM0或CortexM3内核的LPC1000系列MCU通过软件加密的方法有两种:

1、使用代码读保护机制,限制用户访问片内Flash;

2、通过并添加加密算法使每片MCU内的程序具有唯一性。

代码读保护机制是通过使能系统中的不同安全级别,以便限制访问片内Flash,本次不做重点介绍。

二、UID加密

UID是唯一标识符(unique identifier),在LPC1000系列微控制器的每一颗都具有全球唯一的标识符,该标识符为128位二进制序列。因此我们可以利用芯片UID的唯一性对程序进行加密,使每一个产品中的程序也具有唯一性,即使非法使用者获取了MCU中的程序复制到其他芯片中也是不能正常运行的,从而达到保护开发者的知识产权不被侵犯和盗用的目的。

三、LPC1000的UID加密方案

基本思路是使用上位机软件通过编程器读取芯片的UID,经加密算法运算后生成密钥,下载程序的同时向MCU的Flash中某个地址写入密钥;MCU上电后,首先读取芯片的UID,再通过与上位机相同的加密算法运算后计算出密钥,并与之前写入Flash中的密钥比较,若相同则继续执行用户程序,否则跳入死循环或执行程序开发者指定的代码。

图1 LPC1000 UID加密方案流程图

实现此方案需要准备的资源如下。

硬件资源:

LPC1766FBD100芯片;

SmartPRO 5000U-PLUS编程器;

QFP100-NXP适配座;

SmartCortex M3-1700开发板(测试用,非必需)。

软件资源:

SmartPRO 2008 2.0.56.exe上位机软件;

Programmer.rar编程器上位机UID加密补丁;

Uid.rar编程器上位机UID加密算法;

LPC1766在Keil4下的工程模板;

Keil4开发环境;

Microsoft Visual C++ 6.0。

1、下位机

下位机(即LPC1766芯片)上电并初始化后,首先读取芯片的UID,解析密钥并与Flash中的密钥比较判断后,再继续执行用户代码。这里我们举例采用的加密算法是将UID的补码作为密钥,加密方法比较简单,用户可自行对加密算法进行修改,写出复杂的加密算法。

读取芯片UID的方法是通过调用芯片内部的IAP函数实现,如图所示。

图2 读取UID

2、上位机

在下位机LPC1766的程序编写完成并生成hex或bin文件后,按照以下步骤对MCU进行加密:

首先,在Microsoft Visual C++ 6.0下编写加密算法,这里我们已经编写完成,仅需解压uid.rar并打开其中的VC工程。用户需要在uid.cpp中的UidAlgorithm函数中添加自定义算法,如图。

图3 加密算法工程

加密算法编写完成后,编译将生成一个名为uid.dll的算法文件。

第二步,安装SmartPRO 2008软件,我们默认安装在C:\Program Files路径下;

第三步,安装SmartPRO 2800加密补丁,方法是将Programmer.rar解压到C:\Programd Files\SmartPRO 2008\Programmer路径下,覆盖原来的文件;

第四步,将加密算法生成的uid.dll文件复制到C:\Programd Files\SmartPRO 2008\Programmer下,SmartPRO 2008启动后将会自动调用uid.dll;

第五步,连接硬件,将LPC1766芯片放入适配座ZY503D中,连接USB通信电缆和电源;

第六步,烧写文件,启动SmartPRO 2008软件,选择芯片“LPC1766@LQFP100”,打开烧录文件(在Keil编写下位机程序时生成的hex或bin文件 )。此时会出现一个如图4的特殊提示,这是因为Keil编译器在编译时没有将Flash中前8个字单元的内容进行代码有效校验和的填充而产生该警告,点击“确定”即可,编译器在下载过程中会调用校验算法自动添加校验。关于代码有效校验和填充的相关内容请参考LPC1766用户手册中“Flash编程”一章的相关内容。

图4 用户代码无效提示

第七步,开始下载,点击“组合”即可,默认执行的是擦除、编程、校验三个步骤的结合。

成功编程后,如果重新读取Flash,打开缓冲区,定位到0x00002000处,可以看到已经写入的密钥。如图5所示,与此前设计的加密算法和加密预期效果一致。

图5 缓冲区查看密钥

验证方法:取下适配座中的芯片,焊接到TinyARMT17核心板上,查到SmartCortex M3-1700开发板底板上,连接P0.11到BEEP插针,如所示。开发板上电后即可听到蜂鸣器的鸣叫。以此验证芯片计算出的密钥与Flash中写入的密钥校验一致,芯片程序正常运行。


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关键词: 芯片 UID 加密

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