详解芯片UID加密方案

嵌入式系统产品的加密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，研究新型加密技术是非常有必要的。这里我们聊聊使用芯片UID加密的方案。

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UID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、通过芯片UID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芯片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 FilesSmartPRO 2008Programmer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 FilesSmartPRO 2008Programmer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。

图6 开发板验证

经此方法向芯片下载程序后，若有产品盗版者试图将程序读出然后复制到其他芯片上使用，程序将停留在判断密钥是否匹配语句，导致程序不再向下执行，从而防止软件程序被非法使用者盗用。