STM32 的加密实现

Posted by 老沙
4月 07 2016

目的:对运行于STM32的嵌入式代码程序进行加密

编译环境:IAR Embedded System for ARM5.5

一.STM32Flash组织

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STM32的Flash包括主存储器(HD版本,512KB)+信息块。信息块包括2KB的系统存储器(用于系统自举启动代码)和16字节的选项字节(8个字节数据+8个字节数据的反码)。

二、STM32读保护

STM32读保护是通过设置RDP选项字节,然后在系统重新复位加载了新的RDP选项字节后启动的。当保护字节被写入相应的值以后:

●通过从内置SRAM或FSMC执行代码访问主闪存存储器的操作,通过DMA1、DMA2、JTAG、SWV(串行线观察器)、SWD(串行线调试)、ETM和边界扫描方式对闪存的访问都将被禁止。

●只允许从用户代码中对主闪存存储器的读操作(以非调试方式从主闪存存储器启动)。

●第0~3页(小容量和中容量产品),或第0~1页(大容量和互联型产品)被自动加上了写保护,其它部分的存储器可以通过在主闪存存储器中执行的代码进行编程(实现IAP或数据存储等功能),但不允许在调试模式下或在从内部SRAM启动后执行写或擦除操作(整片擦除除外)。

●所有通过JTAG/SWD向内置SRAM装载代码并执行代码的功能依然有效,亦可以通过JTAG/SWD从内置SRAM启动,这个功能可以用来解除读保护。当读保护的选项字节转变为存储器未保护的数值时,将会执行整片擦除过程。

●可以使用系统启动程序解除读保护(此时只需执行系统复位即可重新加载选项字节),芯片自动擦除Flash所有内容。

三.STM32的加密

1.使用系统启动程序STM32 Flash Loader demonstrator将Flash设置为读保护。

所有以调试工具、内置SRAM或FSMC执行代码等方式对主存储器访问的操作将被禁止,只允许用户代码对主Flash存储器的读操作和编程操作(除了Flash开始的4KB区域不能编程)。用户代码允许自主编程可以实现IAP或者数据存储等功能。

这样破解者将不能用调试工具、内置SRAM或者FSMC执行代码等方式读出Flash中的代码。破解者也不能使用系统启动程序读取代码,因为要解除读保护,将执行整个芯片的擦除操作。

2.主程序中使用设备ID保护

即使将Flash设置为读保护,破解者也可以通过IAP下载自己的一段小程序,从而读出Flash中的内容。因此,还需要利用设备的唯一ID进行加密保护。在主程序中,加入对设备唯一ID的检测,这样即使破解者读出了芯片中的二进制码,也不能用这个二进制码去复制新的器件。具体实现方法:

(1)在应用程序中定义1个(32位甚至更多)const变量,变量值全为0xFF。每次启动程序时,检查const变量值如果全为0xFF,就读器件的唯一ID,通过Flash编程写入该const变量中(因为全是0xFF,所以可以编程写入)。

(2)在程序中多个地方检查const变量,如果变量值不为0xFF并且与设备ID不一致,就执行与功能无关代码(比如自擦除)。

这样,即使破解者读出了芯片中的二进制码,因为这份二进制码包含了设备唯一ID,具有唯一性,所以不能复制到其他芯片中。

为了避免破解者利用反汇编,根据芯片ID数据在二进制文件中查找对应相同数据的位置从而破解,可以将ID拆散成不同的组合,并且写到不同且不连续的地方。更进一步,可在程序中检测多份这样的分散ID,以增加反汇编的难度。或者将CPUID进行加密,Flash中存储加密后的结果。

四.程序加密的实现

 

[cpp] view plaincopy
01.//加密后的CPUID
02.volatile const static uint32 CPUIDEncrypt = 0xFFFFFFFF;
03.
04.//写入加密数据
05.void WriteEncrypt(void)
06.{
07.    //第一次烧写:将UID写入到Flash中
08.    if(CPUIDEncrypt==0xFFFFFFFF)
09.   {
10.        uint32_t CpuID[3];
11.        //获取CPU唯一的ID
12.        CpuID[0]=*(vu32*)(UID_BASE);
13.        CpuID[1]=*(vu32*)(UID_BASE+4);
14.        CpuID[2]=*(vu32*)(UID_BASE+8);
15.
16.        //加密算法,很简单的加密算法
17.        uint32_t EncryptCode=(CpuID[0]>>3)+(CpuID[1]>>1)+(CpuID[2]>>2);
18.        FLASH_Unlock();
19.        FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);
20.        FLASH_ProgramWord((uint32_t)&CPUIDEncrypt, EncryptCode);
21.        FLASH_Lock();
22.    }
23.}
24.//判断加密
25.bool JudgeEncrypt(void)
26.{
27.    uint32_t CpuID[4];
28.    //获取CPU唯一的ID
29.    CpuID[0]=*(vu32*)(UID_BASE);
30.    CpuID[1]=*(vu32*)(UID_BASE+4);
31.    CpuID[2]=*(vu32*)(UID_BASE+8);
32.    //加密算法,很简单的加密算法
33.    CpuID[3]=(CpuID[0]>>3)+(CpuID[1]>>1)+(CpuID[2]>>2);
34.    //检查Flash中的UID是否合法
35.    return (CPUIDEncrypt == CpuID[3]);
36.}
1、将写入加密数据和判断加密两个功能分开。写入加密在PrsCtrlTask开始的地方;而判断加密分布到程序的各个角落。

2、非常重要的是CPUID加密值的定义一定要加“volatile”类型:

volatile const static uint32 CPUIDEncrypt = 0xFFFFFFFF;

否则按速度优化编译,在判断加密值,不会重新读取加密值,导致判断出错。

3、在工程选项Options->Debugger->Download中选择: use flash loader

否则主程序中对Flash编程将不成功。

参考资料:

STM32F10x微控制器参考手册(2009年12月第10版).pdf

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