基于閃存的微控制器在代碼發(fā)布中的代碼保護

在如今競爭激烈的市場中，保護公司的知識產(chǎn)權(IP)是最高優(yōu)先級的事項之一。多年的開發(fā)可能產(chǎn)生了包含很多商業(yè)秘密或?qū)Ｓ兴惴ǖ脑O計。隨著基于閃存的微控制器得到更多地應用并集成了更多的特性，許多公司摒棄傳統(tǒng)的一次性可編程(OTP)微控制器(MCU)，轉(zhuǎn)而采用閃存。

閃存允許在生產(chǎn)線的終點進行實時編程，也允許在生產(chǎn)之后修改代碼。但是如果通過因特網(wǎng)，公司將面臨IP將泄漏給競爭者的問題。應該采用各種方法來控制更新授權許可，并在泄漏產(chǎn)品的IP的情況下， 提供現(xiàn)場更新。

代碼保護

保護現(xiàn)場配置的軟件產(chǎn)品的方法很多，采用哪種方法取決于供應商希望保護什么。大多數(shù)軟件保護機制是防止對程序或數(shù)據(jù)進行未經(jīng)授權的復制。如今復制文件非常容易，通過因特網(wǎng)能很快地找到許多拷貝。當固件是某個硬件平臺的一部分時，保護固件中包含的IP通常比保護對文件的拷貝更重要。當然，如果固件更新需要購買，那么保護拷貝也很重要。

另一個問題涉及基于微控制器產(chǎn)品破解密碼的性能。RSA和DES標準對性能和存儲器的要求都很高。不幸的是，大多數(shù)的微控制器在這兩方面的資源都有限，從而要求不同的加密和解密方法。我們必須提供一種通用的或者針對特定設備的密鑰方案。

簡單密碼

循環(huán)碼(Rolling-code)產(chǎn)生器已在車庫門鎖、安全進出卡等多種設備上應用多年。圖1顯示簡單的循環(huán)碼產(chǎn)生器是如何工作的。一組具有相同時鐘信號的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器串聯(lián)連接，其輸出端有各種抽頭。在給出的例子中，Ｑ２端沒有被使用，其余的輸出端連接唯一的OR功能端口，該端口在每個時鐘信號沿得到新的輸入位?？赡墚a(chǎn)生的組合數(shù)目取決于觸發(fā)器的個數(shù)和接到OR函數(shù)端口的抽頭個數(shù)。

通常將幾個觸發(fā)器的輸出用作循環(huán)鑰匙碼。實際應用時(如作在車庫門鎖)，使用一個完全相同的發(fā)生器來測試鑰匙碼。隨著新碼被不斷地使用，會發(fā)生整個序列重復出現(xiàn)的情況，這可能是在千萬或幾億個鑰匙碼之后。這時就不能再使用它了。在用于車庫門鎖的情況下，它可以防止罪犯用無線接收機盜聽并簡單地重現(xiàn)鑰匙碼以開門。

在代碼加密的情況下，觸發(fā)器的輸出與被加密或解密的數(shù)據(jù)被送到另外一個OR函數(shù)端口(圖2中的A1)。數(shù)據(jù)的每個字節(jié)、字或雙字都與選中的觸發(fā)器端口進行OR運算，再加上用戶特定另外函數(shù)。那個函數(shù)可以簡單到只加上一個常數(shù)。這個過程必須是可逆的，所以用戶定義的函數(shù)不是隨機的。由安置觸發(fā)器抽頭決定的密碼和由移位寄存器的初態(tài)、所選定的種子一起提供了加密和解密的算法。可按照串行數(shù)字的方法拆分這些密碼，以向特定設備提供唯一的密碼。也就是說，設備的串行號碼僅提供一半的密碼信息，制造商保留其余密碼信息。很明顯，這種方案存在著多種排列。

在固件更新是向全球發(fā)布時，例如，適用所有產(chǎn)品的錯誤的更新，可以使用一個特別的串行碼。解密引擎首先嘗試用全球碼，-----可能是一個特殊數(shù)字圖樣。如果全球碼沒有解密出正確的校驗和，才使用唯一的密碼。它可以告訴裝載程序：加密的源文件包含了什么類型的固件更新數(shù)據(jù)。

傳輸方法

很明顯，產(chǎn)品內(nèi)必須要有某種解碼引擎和代碼裝載程序。這里討論的技術可以用COP8微控制器來解釋。該目標控制器是包含32KB閃存和1KB RAM的COP8CBR。對于現(xiàn)場可更新的設備，必須注意這樣一個說明以防止誤解：微控制器必須具有一邊運行程序一邊對閃存進行編程的能力。不能用把控制器保持在重新設置狀態(tài)或者要求外部編程來更新存儲著程序的閃存。解碼和裝載程序必須駐留在控制器內(nèi)部，并且完全可靠。COP8閃存產(chǎn)品能滿足這些要求。

固件的裝載程序是一個代碼模塊，它在重新設置后運行，并能判斷本次裝載是否有效。如果發(fā)現(xiàn)被裝載的代碼無效，裝載程序就進入裝載模式(LOAD MODE)，直到有能夠操作的固體程序?？赏ㄟ^控制器提供的物理層接口來實現(xiàn)這點。COP8可使用串口。如果當前代碼是有效的，裝載程序會把控制交給固件應用程序的入口。

COP8系列的另一個特性是可以采用軟件陷阱以引導恢復機制。它執(zhí)行操作碼0x00，可將這個操作碼編程到所有未用單元。如果這個操作碼被執(zhí)行，操作將從軟件陷阱向量開始，使裝載程序重新評估固件的完整性。這是一個容錯的好特性。不管什么原因，代碼被破壞，裝載程序?qū)⒌玫娇刂?，以便讓技術人員(或用戶)重新裝載固件。