如何给MCU程序上把锁

宁教我负天下人，休叫天下人负我。

大家都知道枭雄曹操，错杀了吕伯奢之后的这句名言 - 宁教我负天下人，休叫天下人负我。把这句话写在这里，并不表示我们同意他的观点，而是这种人从古至今，由中而外，大有人在。看看周围，不法侵占别人劳动成果的事情，比比皆是。所以我们能做的，可能就是以小人之心，度小人之腹，尽可能多加防范。

就拿工程师们来说，干一个项目，画板子调程序，辛辛苦苦几个月，甚至一年半载的，产品终于上市大卖开始赚钱。这时候如果有人把程序读出来，然后复制出产品，卖得还更便宜，实在是一件让人吐血的事情。

把程序加密，无疑是一个防小人的好办法。我们这里介绍一种比较流行的加密方式，它利用芯片里的唯一识别码，为每一个MCU单独授权，这样即使程序被读出，也没有办法在其它的MCU上运行。我们讲一下它的工作原理，以及一款可以实现加密量产，可以授权烧写次数的工具。

一种流行的加密方法

如上图中所示，MCU中一般都有一个UDID(Unique Device IDentifier),这个唯一识别码，每一个MCU都是不一样的，烧写工具可以读出这个UDID，然后通过算法，计算出一个授权(License)，烧写MCU程序(APP)时，连同这个授权码一起写入Flash。当MCU上电运行时，也读取自己的UDID，然后通过同一算法，计算出授权码，并和工具写入的授权码做对比，如果不相同就拒绝执行下面的程序。下面举个例子。

如图，三个MCU的UDID分别为1，3，5。通过一种算法计算出1和3的授权码分别为0和4。从1和3号读出的程序，写入5号是无法运行的。因为我们会发现，程序用5计算出的授权码，不等于0也不等于4，无法通过比对，程序无法继续运行。

那么我们能根据1和3的已知信息，反推出算法吗？可以试试看，经过一番猜测，我们发现一个算法，(UDID–1)*2 对于1号和3号MCU完全适用。我们不由得一阵兴奋！经过计算(5-1)*2=8，我们把8写入5号MCU的授权地址，然后发现程序并没有运行？？？

怎么回事？因为算法是猜测的。我们完全可以反推出另外一种算法:(UDID-1)*(UDID-1)。对于1和3也是适用的，但对于5，结果是16。

对于简单的数字尚且如此，而UDID一般长度有16个字节，用户再混入自己的密钥数字，用加减乘除，异或等运算计算出授权，想要逆向推测出算法还是很难的。如果想要进一步增加安全性，可以采用更高级别的加密算法。

为了增加逆向分析的难度，还可以在用户程序中综合采取一些措施。比如：不直接读取UDID和授权码，而是用两个地址运算生成读取地址；使用inline内联函数；多次校验并延时触发等。

加密算法

对称加密

加密和解密使用同一密钥。所以发送端和接收端都要对密钥严格保密。对称加密好处是运算速度快。常用的有DES，3DES，AES，以及我国的SM1。

非对称加密

它的密钥分为公钥和私钥，公钥是公开的，但是从公钥无法推导出私钥。非对称加密的好处是，只需要保密私钥就行了。其缺点是消耗资源比较多，运算速度慢。常用的有RSA，ECC以及我国的SM2。

反过来，我们也可以用私钥加密，然后用公钥解密，这种方式通常用来完成签名的验证。把MCU的UDID读出来，用私钥加密生成授权码，和应用程序一起写入MCU的Flash，然后MCU的应用程序就可以用公钥完成授权码的验证。采用非对称加密算法的好处是，即使算法是公开的，公钥也是公开的，别人只要没有获得私钥，就没办法为其它MCU生成授权码。

加密算法的安全性

首先想个问题，如果我们给家里装个防盗门，是越坚固的越好吗？好像没毛病。但仔细一想还真不是这样，我们大多数家里安装的，并不一定是市场上最好最贵的。

加密算法也没有绝对的安全。理论上只有一次一密，也就是采用跟明文长度一样密钥，而且只使用一次，才是绝对的安全。所以我们采用什么算法，要根据我们的实际需要。在一定时间长度内，如果破解的代价远大于所获得的价值，我们就认为是安全的。还有就是尽可能使用长一些的密钥，跟踪密码学的最新动态。

安全单片机和普通单片机

对于任何加密方式，密钥的存储是安全的关键。对于普通的单片机，现在一般在Flash区都会有保护字节，可以设置成编程后无法读出。密钥存储在里面，通过常规手段是无法读到的。但是对于非常规手段，这种安全性就不够了。

但是对于非常规手段，就无效了。比如把MCU的外壳溶解掉，然后暴露出内部的硅片，这样就可以直接观察，修改里面存储的内容。所以对于安全等级高的应用，比如金融等，也要求MCU具有更高级别的安全防范措施。这种MCU会把密钥存储在一小块儿RAM里，用电池供电。为了保证存储在RAM里的密钥不被非法读走，采取各种防范措施。比如芯片外部有探测引脚，一旦发现外部电路被破坏，马上销毁密钥。在芯片内部，用金属丝网包住关键区域，一旦被破坏，也会销毁密钥。同时这种MCU内部也会集成随机数生成，硬加密算法模块等，加速加解密的运算速度。

采用哪种单片机，也要根据实际需要来决定。

加密量产工具

有些第三方工具（比如创芯工坊的Power Writer，是一款挺实用的量产烧录工具），它可以通过MCU的唯一识别码，对每一个MCU生成单独的授权。加密算法有消耗资源特别少的向量矩阵加密，也有加密级别更高的ECDSA椭圆数字签名算法，还支持用户使用自己的算法。除此之外，他还能授权烧写的MCU个数，烧写MCU的UDID范围等。用户可以把程序上传到云端，客户联网在线获得授权，进行芯片烧录，也可以把程序加载进烧写器，用户采用离线烧录。

审核编辑：汤梓红