本發(fā)明涉及通訊設(shè)備技術(shù)，尤其涉及一種帶有片上閃存微控制器的固件保護單元及保護方法。

背景技術(shù)：

當一款通訊設(shè)備成功研發(fā)上市、熱銷，此時往往存在一個隱患：不法商家直接抄襲硬件設(shè)計，并盜用已發(fā)布的固件，迅速推出盜版克隆仿造產(chǎn)品，從而導致研發(fā)此設(shè)備的公司的利益受到損害；尤其對于核心技術(shù)是軟件的產(chǎn)品，其硬件的仿造難度不高，盜版方只要獲取了固件的二進制文件，就可快速大范圍的仿造，因此，必須對固件進行管控，一般管控通過下述兩方向進行：第一，無法從公開渠道獲得固件的二進制文件，第二，無法從設(shè)備直接讀取還原固件的二進制文件；但是，在移動互聯(lián)網(wǎng)普及盛行的時代，軟件開發(fā)的迭代周期大大縮短、用戶互動參與反饋的習慣已經(jīng)養(yǎng)成，因而，用戶經(jīng)常會通過刷新固件，來獲取、體驗增值服務(wù)，但上述的管控措施，無法對合法用戶開放固件獲取渠道，導致用戶體驗的下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種帶有片上閃存微控制器的固件保護單元及保護方法，允許公開固件的二進制文件，與合法用戶保持互動，且軟件資源消耗小、盜版克隆難度高，可有效保護原創(chuàng)方的利益。

本發(fā)明的微控制器的固件保護單元，包括公開發(fā)布的固件包和Bootloader；公開的固件包由加密指導區(qū)塊和加密后的固件組成；所述加密指導區(qū)塊包括固件的加密局部區(qū)域的信息，其包括偏移量和長度，用于解密時定位出密文區(qū)域；還包括一個16字節(jié)的隨機數(shù)，用于產(chǎn)生實際的工作密鑰；所述工作密鑰加密算法采用AES128，工作密鑰的計算方法為：用主密鑰對16字節(jié)的隨機數(shù)進行AES128-ECB模式加密運算，密文結(jié)果為實際使用的工作密鑰。

進一步地，所述加密局部區(qū)域為敏感的關(guān)鍵代碼區(qū)域。

一種微控制器的固件保護方法，所述方法具體如下：

首先通過對固件局部進行加密，每次加密使用不同的密鑰加密，而后啟動加載程序Bootloader，實行一機一識別碼啟動、升級解密固件、將固件存儲在安全存儲區(qū)域完成。

進一步地，所述對固件局部進行加密具體如下：

將固件加密主密鑰存儲在安全存儲區(qū)域內(nèi)，對于帶有片上閃存的MCU，禁止掉調(diào)試口的訪問片上閃存的通道，使片上閃存成為安全存儲區(qū)域，然后將主密鑰存儲在片上閃存內(nèi)；固件加密時，采用局部區(qū)域加密，可指定任意區(qū)域；固件加密時，采用工作密鑰加密，每次加密使用不同的密鑰加密，另外，即使固件不變，每次發(fā)布時，固件加密結(jié)果仍會不一致；而公開發(fā)布的固件包，不包括Bootloader，但需要包括一個加密指導區(qū)塊，用于告知加密的局部區(qū)域，以及輔助產(chǎn)生實際的工作密鑰。

進一步地，所述啟動加載程序Bootloader具體如下：

Bootloader存儲于安全存儲區(qū)域內(nèi)，即片上閃存內(nèi)，此時引入MCU的芯片唯一識別碼UID檢測機制，實現(xiàn)一機一識別碼啟動；工廠燒錄Bootloader時，Bootloader將會讀取實際MCU的UID，寫入Bootloader內(nèi)部指定的存儲地址，此時存儲后的UID成為Bootloader自身的一部分；開機啟動時，Bootloader從指定的存儲地址，讀取出UID，與實際MCU的UID進行比較，一致則繼續(xù)啟動，不一致則鎖死Bootloader；而當升級時，Bootloader根據(jù)加密指導區(qū)塊，即可產(chǎn)生實際的工作密鑰，正確解密局部區(qū)域，從而將固件完整還原，存儲在安全存儲區(qū)域內(nèi)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的帶有片上閃存微控制器的固件保護單元及保護方法，可指定任意區(qū)域的局部加密，有效降低加解密的軟件資源開銷；一次一密的加密，可有效保護主密鑰，每次加密的密鑰均不一樣，提高破解的難度；固件和Bootloader本身存儲在安全存儲區(qū)，具備一定的破解難度，而Bootloader的一機一碼啟動，又提高破解的難度，假如片上閃存被暴力破解，從而被讀取出完整的二進制文件，但此時該二進制文件內(nèi)的Bootloader，會因為UID檢測不通過，仍無法直接運行在仿造的設(shè)備上；相應(yīng)的，盜版方無法輕易獲取密鑰，無法解密固件，因此，固件允許被公開發(fā)布，可與用戶保持良好的互動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的微控制器的固件保護單元，包括公開發(fā)布的固件包和Bootloader；公開的固件包由加密指導區(qū)塊和加密后的固件組成；所述加密指導區(qū)塊包括固件的加密局部區(qū)域的信息，其包括偏移量和長度，用于解密時定位出密文區(qū)域；還包括一個16字節(jié)的隨機數(shù)，用于產(chǎn)生實際的工作密鑰。

進一步地，所述固件其加密算法采用AES128，工作密鑰的計算方法為：用主密鑰對16字節(jié)的隨機數(shù)進行AES128-ECB模式加密運算，密文結(jié)果為實際使用的工作密鑰。

進一步地，所述加密局部區(qū)域為敏感的關(guān)鍵代碼區(qū)域；使得如果沒有解密，程序就無法正確啟動、運行，對于RTOS系統(tǒng)而言，可選擇操作系統(tǒng)的時間基準處理函數(shù)入手，例如，對于新一代的ARM Cortex-M系列平臺產(chǎn)品而言，優(yōu)選地，只需將前面64字節(jié)加密掉，這部分包括ARM Cortex-M最核心、關(guān)鍵的部分，其中就有RTOS的時間基準處理函數(shù)SysTick_Handler的入口地址。

一種微控制器的固件保護方法，所述方法具體如下：

首先通過對固件局部進行加密，每次加密使用不同的密鑰加密，而后啟動加載程序Bootloader，實行一機一識別碼啟動、升級解密固件、將固件存儲在安全存儲區(qū)域完成。

實施例1：

首先，將固件加密主密鑰存儲在安全存儲區(qū)域內(nèi)，對于帶有片上閃存的MCU，禁止掉調(diào)試口的訪問片上閃存的通道，使片上閃存成為安全存儲區(qū)域，然后將主密鑰存儲在片上閃存內(nèi)；固件加密時，采用局部區(qū)域加密，可指定任意區(qū)域；固件加密時，采用工作密鑰加密，每次加密使用不同的密鑰加密，另外，即使固件不變，每次發(fā)布時，固件加密結(jié)果仍會不一致；而公開發(fā)布的固件包，不包括Bootloader，但需要包括一個加密指導區(qū)塊，用于告知加密的局部區(qū)域，以及輔助產(chǎn)生實際的工作密鑰。

其次，Bootloader存儲于安全存儲區(qū)域內(nèi)，即片上閃存內(nèi)，此時引入MCU的芯片唯一識別碼UID檢測機制，實現(xiàn)一機一識別碼啟動；工廠燒錄Bootloader時，Bootloader將會讀取實際MCU的UID，寫入Bootloader內(nèi)部指定的存儲地址，此時存儲后的UID成為Bootloader自身的一部分；開機啟動時，Bootloader從指定的存儲地址，讀取出UID，與實際MCU的UID進行比較，一致則繼續(xù)啟動，不一致則鎖死Bootloader；而當升級時，Bootloader根據(jù)加密指導區(qū)塊，即可產(chǎn)生實際的工作密鑰，正確解密局部區(qū)域，從而將固件完整還原，存儲在安全存儲區(qū)域內(nèi)。

當設(shè)備的一個軟件開發(fā)周期完成時，用工作密鑰，對加密局部區(qū)域執(zhí)行AES128的加密，實現(xiàn)一次一密、局部加密，而后打包固件、公開發(fā)布到外部環(huán)境；公開發(fā)布的固件包的安全環(huán)境完成搭建。

將上述主密鑰和UID存儲在Bootloader內(nèi)部，在工廠生產(chǎn)階段，主密鑰隨Bootloader一塊被燒錄到MCU的片上閃存，UID則在MCU第一次上電時，自動讀取而后寫入；同時工廠燒錄Bootloader時，將MCU的硬件安全等級提高，禁止掉任何外部接口的訪問片上閃存的通道，例如調(diào)試口，使得無法從外部輕易讀取到片上閃存的數(shù)據(jù)；后續(xù)開機啟動時，Bootloader都會執(zhí)行一機一碼的檢測，如果MCU的UID，與Bootloader所存儲的UID不一致的話，則鎖死MCU，不再繼續(xù)往下執(zhí)行；升級刷機(刷新固件)時，Bootloader首先獲取加密指導區(qū)塊，獲得加密的區(qū)域信息，以及隨機數(shù)，并計算出實際的AES128工作密鑰；其次接收后續(xù)的固件程序，并實時根據(jù)加密區(qū)域信息做出響應(yīng)，當固件程序落在這一區(qū)域內(nèi)，則需要進行AES128-ECB模式的解密還原；最終將整個固件程序完整還原，存儲在片上閃存。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的微控制器的固件保護方法，可指定任意區(qū)域的局部加密，有效降低加解密的軟件資源開銷；一次一密的加密，可有效保護主密鑰，每次加密的密鑰均不一樣，提高破解的難度；固件和Bootloader本身存儲在安全存儲區(qū)，具備一定的破解難度，而Bootloader的一機一碼啟動，又提高破解的難度，假如片上閃存被暴力破解，從而被讀取出完整的二進制文件，但此時該二進制文件內(nèi)的Bootloader，會因為UID檢測不通過，仍無法直接運行在仿造的設(shè)備上；相應(yīng)的，盜版方無法輕易獲取密鑰，無法解密固件，因此，固件允許被公開發(fā)布，可與用戶保持良好的互動。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。