程序加密 | 辛辛苦苦的勞動成果，如何上把鎖？

寧教我負天下人，休叫天下人負我。

大家都知道梟雄曹操，錯殺了呂伯奢之后的這句名言 - 寧教我負天下人，休叫天下人負我。把這句話寫在這里，并不表示我們同意他的觀點，而是這種人從古至今，由中而外，大有人在?？纯粗車环ㄇ终紕e人勞動成果的事情，比比皆是。所以我們能做的，可能就是以小人之心，度小人之腹，盡可能多加防范。

就拿工程師們來說，干一個項目，畫板子調(diào)程序，辛辛苦苦幾個月，甚至一年半載的，產(chǎn)品終于上市大賣開始賺錢。這時候如果有人把程序讀出來，然后復制出產(chǎn)品，賣得還更便宜，實在是一件讓人吐血的事情。

把程序加密，無疑是一個防小人的好辦法。我們這里介紹一種比較流行的加密方式，它利用芯片里的唯一識別碼，為每一個MCU單獨授權(quán)，這樣即使程序被讀出，也沒有辦法在其它的MCU上運行。我們講一下它的工作原理，以及一款可以實現(xiàn)加密量產(chǎn)，可以授權(quán)燒寫次數(shù)的工具。

一種流行的加密方法

如上圖中所示，MCU中一般都有一個UDID(Unique Device IDentifier),這個唯一識別碼，每一個MCU都是不一樣的，燒寫工具可以讀出這個UDID，然后通過算法，計算出一個授權(quán)(License)，燒寫MCU程序(APP)時，連同這個授權(quán)碼一起寫入Flash。當MCU上電運行時，也讀取自己的UDID，然后通過同一算法，計算出授權(quán)碼，并和工具寫入的授權(quán)碼做對比，如果不相同就拒絕執(zhí)行下面的程序。下面舉個例子。

如圖，三個MCU的UDID分別為1，3，5。通過一種算法計算出1和3的授權(quán)碼分別為0和4。從1和3號讀出的程序，寫入5號是無法運行的。因為我們會發(fā)現(xiàn)，程序用5計算出的授權(quán)碼，不等于0也不等于4，無法通過比對，程序無法繼續(xù)運行。

那么我們能根據(jù)1和3的已知信息，反推出算法嗎？可以試試看，經(jīng)過一番猜測，我們發(fā)現(xiàn)一個算法，(UDID–1)*2 對于1號和3號MCU完全適用。我們不由得一陣興奮！經(jīng)過計算(5-1)*2=8，我們把8寫入5號MCU的授權(quán)地址，然后發(fā)現(xiàn)程序并沒有運行？？？

怎么回事？因為算法是猜測的。我們完全可以反推出另外一種算法:(UDID-1)*(UDID-1)。對于1和3也是適用的，但對于5，結(jié)果是16。

對于簡單的數(shù)字尚且如此，而UDID一般長度有16個字節(jié)，用戶再混入自己的密鑰數(shù)字，用加減乘除，異或等運算計算出授權(quán)，想要逆向推測出算法還是很難的。如果想要進一步增加安全性，可以采用更高級別的加密算法。

為了增加逆向分析的難度，還可以在用戶程序中綜合采取一些措施。比如：不直接讀取UDID和授權(quán)碼，而是用兩個地址運算生成讀取地址；使用inline內(nèi)聯(lián)函數(shù)；多次校驗并延時觸發(fā)等。

加密算法

對稱加密

加密和解密使用同一密鑰。所以發(fā)送端和接收端都要對密鑰嚴格保密。對稱加密好處是運算速度快。常用的有DES，3DES，AES，以及我國的SM1。

非對稱加密

它的密鑰分為公鑰和私鑰，公鑰是公開的，但是從公鑰無法推導出私鑰。非對稱加密的好處是，只需要保密私鑰就行了。其缺點是消耗資源比較多，運算速度慢。常用的有RSA，ECC以及我國的SM2。

反過來，我們也可以用私鑰加密，然后用公鑰解密，這種方式通常用來完成簽名的驗證。把MCU的UDID讀出來，用私鑰加密生成授權(quán)碼，和應(yīng)用程序一起寫入MCU的Flash，然后MCU的應(yīng)用程序就可以用公鑰完成授權(quán)碼的驗證。采用非對稱加密算法的好處是，即使算法是公開的，公鑰也是公開的，別人只要沒有獲得私鑰，就沒辦法為其它MCU生成授權(quán)碼。

加密算法的安全性

首先想個問題，如果我們給家里裝個防盜門，是越堅固的越好嗎？好像沒毛病。但仔細一想還真不是這樣，我們大多數(shù)家里安裝的，并不一定是市場上最好最貴的。

加密算法也沒有絕對的安全。理論上只有一次一密，也就是采用跟明文長度一樣密鑰，而且只使用一次，才是絕對的安全。所以我們采用什么算法，要根據(jù)我們的實際需要。在一定時間長度內(nèi)，如果破解的代價遠大于所獲得的價值，我們就認為是安全的。還有就是盡可能使用長一些的密鑰，跟蹤密碼學的最新動態(tài)。

安全單片機和普通單片機

對于任何加密方式，密鑰的存儲是安全的關(guān)鍵。對于普通的單片機，現(xiàn)在一般在Flash區(qū)都會有保護字節(jié)，可以設(shè)置成編程后無法讀出。密鑰存儲在里面，通過常規(guī)手段是無法讀到的。但是對于非常規(guī)手段，這種安全性就不夠了。

但是對于非常規(guī)手段，就無效了。比如把MCU的外殼溶解掉，然后暴露出內(nèi)部的硅片，這樣就可以直接觀察，修改里面存儲的內(nèi)容。所以對于安全等級高的應(yīng)用，比如金融等，也要求MCU具有更高級別的安全防范措施。這種MCU會把密鑰存儲在一小塊兒RAM里，用電池供電。為了保證存儲在RAM里的密鑰不被非法讀走，采取各種防范措施。比如芯片外部有探測引腳，一旦發(fā)現(xiàn)外部電路被破壞，馬上銷毀密鑰。在芯片內(nèi)部，用金屬絲網(wǎng)包住關(guān)鍵區(qū)域，一旦被破壞，也會銷毀密鑰。同時這種MCU內(nèi)部也會集成隨機數(shù)生成，硬加密算法模塊等，加速加解密的運算速度。

采用哪種單片機，也要根據(jù)實際需要來決定。

加密量產(chǎn)工具

創(chuàng)芯工坊的Power Writer，是一款挺實用的量產(chǎn)燒錄工具。它可以通過MCU的唯一識別碼，對每一個MCU生成單獨的授權(quán)。加密算法有消耗資源特別少的向量矩陣加密，也有加密級別更高的ECDSA橢圓數(shù)字簽名算法，還支持用戶使用自己的算法。除此之外，他還能授權(quán)燒寫的MCU個數(shù)，燒寫MCU的UDID范圍等。用戶可以把程序上傳到云端，客戶聯(lián)網(wǎng)在線獲得授權(quán)，進行芯片燒錄，也可以把程序加載進燒寫器，用戶采用離線燒錄。

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