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目前市面上很多防抄板加密方案都是基于加密芯片的安全存儲(chǔ)和密文通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主MCU方案的保護(hù)。比如把主MCU用到的一些參數(shù)、配置信息等存儲(chǔ)在加密芯片里面，然后通過(guò)芯片的ID、隨機(jī)數(shù)R等因子使用加密秘鑰Key計(jì)算臨時(shí)過(guò)程秘鑰Key’，再使用臨時(shí)過(guò)程秘鑰Key’對(duì)數(shù)據(jù)做加解密和密文通訊，這樣來(lái)做到每一顆芯片、每一次通訊的加密數(shù)據(jù)都是不一樣，防止數(shù)據(jù)在通訊線路上被破解。 如上圖，主MCU函數(shù)FUNC調(diào)用是的一些關(guān)鍵參數(shù)或數(shù)據(jù)Data沒(méi)有存儲(chǔ)在主MCU中，而是存儲(chǔ)在加密芯片里，主MCU要正確運(yùn)行函數(shù)FUNC需要使用到加密芯片里的Data數(shù)據(jù)，這就需要先從加密芯片將Data數(shù)據(jù)讀取到主MCU。程序員為了增加加密方案可靠度，設(shè)計(jì)成讓主MCU的芯片序列號(hào)ID1、產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)R1和加密芯片的芯片序列號(hào)ID2、產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)R2參與計(jì)算臨時(shí)過(guò)程秘鑰，加密芯片使用秘鑰Key對(duì)（ID1⊕RAND1⊕ID2⊕RAND2）這些因子運(yùn)算得到臨時(shí)過(guò)程秘鑰Key’，再使用Key’對(duì)數(shù)據(jù)Data做加密得到密文數(shù)據(jù)Data’。主MCU在收到密文數(shù)據(jù)Data’和ID2和R2后，使用同樣的方法計(jì)算得到臨時(shí)過(guò)程秘鑰Key’，在使用Key’對(duì)密文數(shù)據(jù)Data’解密得到明文數(shù)據(jù)Data。主MCU的FUNC調(diào)用Data后程序就能正常使用了。 上述加密方案貌似安全可靠，但實(shí)際上對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的黑客來(lái)說(shuō)破解難度不大。 首先我們分析該方案最重要的技術(shù)點(diǎn)就是加解密使用的臨時(shí)秘鑰的因子由主MCU芯片和加密芯片的雙方的ID和隨機(jī)數(shù)參與，使得每次通訊線路上的密文都是變化的。但是主MCU反匯編程序和ID1、R1、Data’、ID2、R2還是很容易得到的，那么只要我們想辦法讓主MCU密文讀數(shù)據(jù)時(shí)固定發(fā)ID1和R1就行了，這時(shí)主MCU解密假加密芯片回的固定密文數(shù)據(jù)Data’是可以得到正確明文數(shù)據(jù)Data的。 實(shí)現(xiàn)上述破解方式的前提條件是主MCU的程序BIN或HEX碼是通過(guò)破解可以得到的，目前主流大多數(shù)MCU都是可以破解的，有很多專業(yè)的公司或團(tuán)體做這方面的服務(wù)。拿到破解得到的BIN或HEX碼后，接下來(lái)我們分兩步走來(lái)實(shí)現(xiàn)破解主MCU和加密芯片的聯(lián)動(dòng)的整體加密方案，分別是固定主MCU的ID1和隨機(jī)數(shù)R1。下面以STM32來(lái)模擬解析整個(gè)破解過(guò)程。 芯片的唯一ID一般都是存儲(chǔ)在一個(gè)固定地址上連續(xù)存放的，知道芯片型號(hào)后這個(gè)ID1的存放地址很容易得到，我們?cè)贖EX碼中很容易得到這個(gè)地址。比如STM32的UID地址在0x1FFFF7E8（小端模式），這時(shí)我們?cè)贖EX碼中搜索E8F7FF1F（大端模式），如果找不到，可能是因?yàn)榫幾g優(yōu)化了，可以嘗試搜索高3字節(jié)F7FF1F或其中幾個(gè)字節(jié)，很容易就找到這個(gè)關(guān)鍵字，這時(shí)你只需要把HEX碼這個(gè)位置的UID地址值改成你的設(shè)定的Flash地址值0x00005000，再在這個(gè)地址上寫上你的ID(比如1122334455667788)就能實(shí)現(xiàn)你想要的ID1值了。如下圖： 固定隨機(jī)數(shù)相對(duì)于ID有些難度，如果有隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，那么把隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)值的地址改成你的固定地址，方法可以完全參照上面固定ID值得方法。如果沒(méi)有隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，無(wú)非也是使用AC、DC等值作為因子，然后配合srand產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，想辦法在產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)前把這些因子固定，那么主MCU的隨機(jī)數(shù)也可以做到的特定時(shí)間特定的代碼處產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)也是固定值。這個(gè)需要破解者有一定的反匯編能力，想辦法找到這些作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生因子寄存器，用上述一樣的方法把這些調(diào)用的地方改成你的固定的Flash地址，并在這個(gè)地址上寫上你的目標(biāo)值。如下產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)因子的樣例： 我們只需要在HEX里找到ADC1.DR的地址，把他改到一個(gè)固定的FLASH地址就可以了。如果找不到ADC1.DR的地址，可以嘗試去找ADC1的地址（0x40012400），把ADC1的地址改到一個(gè)固定地址(0x00005000)，這樣就可以把該處調(diào)用ADC1產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)因子的功能失效，這樣每次程序運(yùn)行時(shí)在該處調(diào)用ADC1產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)因子是固定值，以達(dá)到固定每次產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的值。 通過(guò)上述方式把STM32的ID1和隨機(jī)數(shù)R1固定后，把新的HEX或BIN文件燒入到一顆新的STM32芯片，并把芯片貼裝的裝有原裝加密芯片的目標(biāo)板上，目標(biāo)板工作后，在線路上監(jiān)控通訊數(shù)據(jù)，得到ID1，R1，ID2，R2和密文數(shù)據(jù)Data’。 得到數(shù)據(jù)后，再開發(fā)一顆假加密芯片就可以了，假加密芯片收到的STM32發(fā)送固定的ID1和R1后只要回上述監(jiān)控得到的固定的ID2，R2和密文數(shù)據(jù)Data’就可以了，STM32收到ID2，R2和Data’后就可以解密得到正確的Data。破解者使用固定ID1、隨機(jī)數(shù)R1的HEX或BIN下載文件和自己制作的假加密芯片就可以批量生產(chǎn)破解的目標(biāo)板了。如下圖： 看了上述破解方式后是不是覺(jué)得這種貌似很安全的加密方案很容易就破解了？事實(shí)就是現(xiàn)在很多破解公司對(duì)主流MCU和加密芯片的破解能力都很強(qiáng)大，特別是針對(duì)主流MCU的反匯編和對(duì)邏輯加密芯片。特別是針對(duì)邏輯加密芯片，加密方式就是固定的幾種方式，只要破解了一種方式，那么只要使用這種邏輯加密芯片和這種加密方式的產(chǎn)品都很容易破解，就像上述破解方式，破解者不需要去破解加密芯片，只需要通過(guò)固定ID和隨機(jī)數(shù)的方式就能繞開加解密算法和秘鑰。如果那使用了上述加密方法的，趕緊去檢查下你的HEX或BIN下載碼吧，看看是不是自己就能輕松破解自己的方案了。。。 那么有沒(méi)有好的方法來(lái)保護(hù)產(chǎn)品呢，對(duì)于使用邏輯加密芯片的加密方案，開發(fā)者可以通過(guò)以下的一些小技巧來(lái)增加被破解的難度，比如： 1、主MCU訪問(wèn)ID或隨機(jī)數(shù)因子時(shí)，盡量不要使用常量直接訪問(wèn)目的地址，可以使用一個(gè)假地址再通過(guò)變量異或、加減或其他算法來(lái)得到目的地址，以防止破解者輕易找到這個(gè)地址來(lái)竄改。 2、程序里確保每次產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)只能使用一次，使用后隨機(jī)數(shù)失效，下次要使用隨機(jī)數(shù)必須重新產(chǎn)生。程序?qū)κ盏降耐庠O(shè)發(fā)來(lái)的隨機(jī)數(shù)做緩存，如果隨機(jī)數(shù)有重復(fù)，做一些特殊處理，防反復(fù)跟蹤解析。 3、秘鑰值盡量不要連續(xù)存放在一個(gè)常量或變量數(shù)組里，盡量分開存放，使用前通過(guò)一些算法計(jì)算再組成正確的秘鑰值。 4、主MCU程序做完整性校驗(yàn)，完整性校驗(yàn)綁定UID，防止主MCU程序被破解者破解得到后竄改來(lái)跟蹤、分析、破解。上面講的破解方法就是利用主MCU沒(méi)有做程序完整性校驗(yàn)來(lái)固定ID和隨機(jī)數(shù)從而輕易破解的，如果有完整性校驗(yàn)，破解難度就會(huì)增加。 5、設(shè)計(jì)加密方案時(shí)盡量不要使用判斷正確就繼續(xù)執(zhí)行錯(cuò)誤就報(bào)錯(cuò)這種簡(jiǎn)單的判斷邏輯，可以設(shè)計(jì)成錯(cuò)誤后繼續(xù)執(zhí)行，只是在后續(xù)執(zhí)行過(guò)程中在不特定的地方出不特定的錯(cuò)誤。 6、加密方案里使用的一些校驗(yàn)算法、加解密算法等，盡量不是用標(biāo)準(zhǔn)算法，可以使用這些算法的變異算法。 通過(guò)上述方式，設(shè)計(jì)的加密方案被破解的難度會(huì)大大提高。但是現(xiàn)在有很多專業(yè)的破解團(tuán)隊(duì)，對(duì)主流芯片的反匯編能力超強(qiáng)，反匯編后還提供C代碼服務(wù)供破解者二次開發(fā)，上述加密方式通過(guò)超強(qiáng)的反匯編能力，還是可以做到破解的，只是代價(jià)會(huì)大大提高。那有沒(méi)有更加安全的加密方式呢？答案是有的，那就是采用可編程加密芯片！ 可編程加密芯片可以理解成一種安全MCU，采用智能卡安全核，芯片本身安全可靠。可編程加密芯片除了擁有邏輯加密芯片的功能外還具有可編程功能。把主MCU的部分功能或算法放到可編程加密芯片里去運(yùn)行，比如主MCU里有原來(lái)一個(gè)計(jì)算一個(gè)圓的面積的功能，這時(shí)我們把計(jì)算圓的面積的功能代碼放到加密芯片里去，主MCU需要計(jì)算面積時(shí)，只需要把半徑r傳遞給加密芯片，加密芯片收到半徑r后自己運(yùn)算圓的面積S=πr²，然后把面積S返回給主MCU就可以了。這種方案相當(dāng)于整個(gè)加密方案是雙MCU模式，即使主MCU被反匯編破解了，只要加密芯片安全可靠，破解者就無(wú)法得到計(jì)算圓面積的功能。使用這種可編程加密芯片的加密方案，破解者除了完全破解加密芯片的方法外，反匯編能力再?gòu)?qiáng)也無(wú)法破解整個(gè)加密方案，比使用邏輯加密芯片加密安全系數(shù)極大的提高。 目前市場(chǎng)上邏輯加密芯片比較多，可編程加密芯片比較少，像中巨偉業(yè)的SMEC98SP、SMEC80ST，就屬于可編程加密芯片。 |
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