專利名稱：防拷貝只讀存儲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種防止非法拷貝的只讀存儲器器件，應用于電子計算機系統(tǒng)中。
在電子計算機系統(tǒng)中，基礎軟件一般固化在只讀存儲器(ROM或EPROM)中，因而很容易被拷貝，致使其關鍵的軟件技術得不到保護。
如何防止對ROM(或EPROM)的非法拷貝，一直是一個未解決的問題。這一問題，廣泛影響了軟件版權、計算機安全性及隱私權的保護。
過去曾有人研制了一種被稱為KEPROM的器件。這種器件在程序運行前，首先要對關鍵字進行訪問，而隨機產生的關鍵字分別存放于兩塊KEPROM內。關鍵字訪問成功后，KEPROM才允許進行程序的讀出操作。它雖然阻止了對只讀存儲器的直接拷貝，但若借助于一個含有微處理機探頭的分析器或開發(fā)系統(tǒng)，在關鍵字訪問成功后，仍可讀出全部程序，導致關鍵的軟件技術外泄。
本發(fā)明的目的，就是提出一種全新的只讀存儲器(ROM或EPROM)器件，來防止對軟件的非法拷貝。在這項發(fā)明中即使借助于有微處理機探頭的分析器或開發(fā)系統(tǒng)，也無法得到存儲器中的全部軟件。這項發(fā)明，在此稱為防拷貝只讀存儲器。
本發(fā)明的結構框圖見

圖1。圖中1是主存儲器，用來存放加密后的用戶程序或數據。A0～Ai是它的地址總線(ADDBUS)，Q0～Q7是它的輸出，CS是片選線。在CS＝1(高電平)時，地址總線A0～Ai選中的存儲單元中存放的數據由Q0～Q7輸出，送至2和4的a0～a7端，在CS＝0(低電平)時，1的輸出端Q0～Q7全部無效。2是一個容量為256×3bit的存儲器，用來設定用戶規(guī)定的密碼鎖，在此稱為“閂鎖”存儲器。它的地址輸入口a0～a7接至1的輸出端Q0～Q7，2的輸出口Q0～Q2接至三D觸發(fā)器3的輸入端(D0～D2)。3是一個三D觸發(fā)器，用來鎖存2的輸出狀態(tài)。在3的CLOCK端出現(xiàn)脈沖上升沿時，把2的輸出狀態(tài)(Q0～Q2)鎖存入3，并反映在3的輸出Q0、Q1、Q2上。圖1中的Aj是“密鑰”控制線，當它是高電平時，在OE的作用下，與門6向3的CLOCK端發(fā)出時鐘信號，把2的“鎖數據”鎖存在3中。RESET信號用來在加電或復位時，使三D觸發(fā)器3進入初始狀態(tài)(Q0＝O，Q1＝O，Q2＝O)。4是解碼表存貯器，它的容量是2048×8bit。4的低八位地址輸入線a0～a7接至1的輸出端Q0～Q7，高三位地址線a8、a9、a10則分別接至3的Q0、Q1、Q2端。在3的Q0、Q1、Q2的控制下，4的整個存儲空間被均分成八個容量相等的地址區(qū)間(每組為256×8bit)，用來存放八組不同的解碼表。這八組解碼表分別與1中各段加密程序相對應。例如，在程序運行的某一時刻，3的Q0～Q2已選中4的某一組解碼表，存放于1中的一條加密指令(或加密字節(jié))由1的Q0～Q7送入4的a0～a7，而4的a0～a7指定的單元內存放的與該加密指令(或加密字節(jié))相對應的一個解碼表數據即由4的Q0～Q7輸出，完成了解碼的工作。使用正確時，在3的控制下，4的Q0～Q7一步步的輸出解密后的原碼程序(或數據)，并經過三態(tài)控制門5把它們傳遞到數據總線(DATA BUS)上。而在非法操作或拷貝時，3的工作不正常，4的八位解碼表無法正確選擇，只能輸出錯誤的程序或數據。5是一個八組的三態(tài)控制門，CS是片選信號，OE是輸出控制信號。在CS＝1，OE＝1時，它把出現(xiàn)在輸入端i0～i7的信號傳送至數據總線上。若CS＝O或OE＝O，5的輸出端O0～O7將是懸空狀態(tài)。非門7的作用是向5的OE端提供三態(tài)控制信號，并經過與門6和Aj一齊向3提供CLOCK信號。在OE有效(低電平)時，7的輸出變?yōu)楦唠娖健?”，此時5的OE有效。若“密鑰”控制線Aj＝1，則6的輸出將變?yōu)椤?”，向3發(fā)出CLOCK信號，把2的輸出Q0～Q2鎖存入3。8是一個反相緩沖器，若它的輸入CS為低電平“O”，則表示該專利器件被選中，否則即處在“掛起”狀態(tài)。
使用時，用戶把程序按自己規(guī)定的密碼格式分段編碼后存放于主存儲存器1中，這些程序最多可按八種編碼方式編制，每一種編碼方式中都有256種編碼組合，與這八種編碼方式相對應的八組解碼表存放于4的八個地址區(qū)間內，這八種編碼方式可跳躍使用，也可重復使用。1中用不同編碼方式加密的程序段之間，要用“密鑰指令”來鏈接。“密鑰指令”的功能，就是要用規(guī)定的“密鑰”，打開相應的“鎖”，以便隨時跟蹤運行中的程序，來選用正確的解碼表工作。實際上，2的輸出Q0～Q2所代表的八個狀態(tài)，即是這八個“鎖”。它們對應著4中的八組解碼表。而“鎖”的密鑰，則是2中存放鎖數據的單元地址，它們隱含在2的a0～a7之中。因為只有八個“鎖”，所以，在2的256個單元地址中，只任選其中8個就可以了，其它空余單元內可存入無關的任何數據。
在執(zhí)行“密鑰指令”時，要先使Aj＝1，1的Q0～Q7端輸出相關的“密鑰”數據，這個數據送至2的a0～a7端，將相對應的“鎖”數據由2的Q0～Q2送出。此時，因Aj＝1，在OE信號到來時，3將2的輸出狀態(tài)鎖定，并確定4中對應的那組解碼表。而后，應使Aj＝0，“換鎖”工作完畢，一條“密鑰指令”執(zhí)行結束。在下次Aj＝1出現(xiàn)之前，“鎖”的狀態(tài)將鎖定在3中，以保證后面的程序能正確運行。
顯然，“密鑰指令”的時序關系應符合下述條件1、使Aj＝1。
2、在1的Q0～Q7送出相應的“密鑰”數據。
3、OE有效時將“鎖”數據鎖定在3中。
4、使Aj＝0。
這在不同的計算機系統(tǒng)中，可用不同的語言結構來實現(xiàn)。
例如，在一個由MCS-51單片機構成的系統(tǒng)中，主存儲器(圖1中的1)容量為32K×8bit，占用的地址空間為A0～A14(即圖1中的AO～Ai線)，用地址線A15做“密鑰”控制線Aj，MCS-51的PSEN控制線接至圖1的OE端。在主存儲器1中存儲了若干段加密程序，并用“密鑰程序”將它們鏈接起來。其中第一段程序用第一種編碼方法加密，運行時選用4中的第一組解碼表(用3的Q2、Q1、Q0＝000來選中)解密;第二段用第四種編碼方法加密，運行時選用4的第四組解碼表(用3的Q2、Q1、Q0＝011來選中)解密;第三段用第五種編碼方法加密，運行時選用4中的第五組解碼表(用3的Q2、Q1、Q0＝100選中)解密。
此時，程序的編制方式如下
在本例中，ROOM4和ROOM5都是十六位的地址數據，它表示主存儲器1中存儲“密鑰4”及“密鑰5”的單元地址(A0～A15)。圖1中A0～A14接至1的地址總線(A0～Ai)，而A15位接至密鑰控制線Aj，因而在這個地址數據有效時，導致Aj＝1。ROOM4和ROOM5的存放的數據是換用第四組和第五組解碼表的“密鑰”。在運行MOVC A，@A+DPTR這條指令時，ROOM4或ROOM5地址數據送至地址總線(ADD BUS)上，A15使Aj＝1，而ROOM4或ROOM5的A0～A14位指定的單元內的數據經由1的Q0～Q7送至2的地址輸入線a0～a7上這個數是2的“密鑰”開啟數，在它指定的單元內，必然存在著011或100，用來選用4的第四組或第五組解碼表。當MCS-51的PSEN信號有效時，圖1中的OE信號把2的輸出(011或100)狀態(tài)鎖存入3，以便對4中的第四組或第五組解碼表定位。在這同時，1的輸出也經由4和5送至數據總線上輸出。但因1的輸出數據(即ROOM4或ROOM5中的內容)是按前一種編碼方式加密的，而OE信號到來時，在3的控制下，4已換用后一種解碼表，所以，此時出現(xiàn)在數據總線上的“密鑰”數據仍是密碼，根本得不到真正的“密鑰”。這就進一步保證了本發(fā)明的安全性，顯然，每一小段“密鑰”程序必須用與它前面緊連的一段程序相同的編碼方法加密，否則不能正確運行。
在運行幾段由“密鑰程序”鏈接起來的加密程序時，每更換一次“密鑰”，可換用一把“鎖”，改變一次3的輸出狀態(tài)，換用一組4中的編碼表。這樣，CPU在運行程序時，不斷地換用密碼結構，動態(tài)地選擇相對應的解碼表，從而使僅在運行中的小部分程序透明，其余則是密碼。若用帶有微處理機的分析器或開發(fā)系統(tǒng)進行讀出及對該器件進行拷貝時，由于程序并不運行，Aj信號不能與“密鑰”數據正確的同步出現(xiàn)，3的狀態(tài)不做正確的翻轉，所以，無論3處在什么狀態(tài)下，都不可能讀出正確的程序，達到了防拷貝的目的。即使是該用戶程序的編制者，也無法將其中的程序正確地讀出。
由于該器件有8×256種密碼結構，256種“密鑰”結構，且“密鑰”可存放于1中的任何地址空間內，所有“密鑰”、密址、加密切換點都是加密的，所以對該專利器件的解密幾乎是不可能的?？梢哉f，這是一種保密性極強的、不可復制的只讀存儲器件，由于它的整個轉換工作在OE信號的前沿完成，所以也不增加額外的運行時間，這在實時控制系統(tǒng)中尤為重要。在電路復位或加電時，3進入初始狀態(tài)(Q2、Q1、Q0＝000)，自動選用4中的第一組解碼表，所以，1中存放的第一段加密程序，必須用第一種編碼方法加密，否則不能正確啟動。
本發(fā)明的專利權僅涉及該器件的讀操作結構。在寫操作時，器件中還應有相應的開關陣列，把2、4的地址線入口切到地址總線ADDBUS上，把2、4的輸出端切到數據總線DATABUS上，以便對數據進行寫入及校驗。當然，它還應有一個加密位，在加密位有效時，可阻止器件的寫入及校驗。
權利要求
1.一種防止對程序進行非法拷貝的只讀存儲器器件，其特征是在主存儲器(1)后設置了“閂鎖”存儲器(2)、解碼表存儲器(4)、三D觸發(fā)器(3)，用來改變(3)、(4)工作狀態(tài)的“密鑰”是一組存放于主存儲器(1)中的數據，在“密鑰”的選擇控制下，通過(2)和(3)動態(tài)的選用(4)中的不同解碼表，來解出(1)中按不同編碼方式編制的密碼程序，解碼后的原程序經過三態(tài)控制門傳送到數據總線。
2.按照權利要求1所說的防拷貝只讀存儲器，其特征是主存儲器(1)，“閂鎖”存儲器(2)和解碼表存儲器(4)都是可編程的。
3.根據權利要求1和2所說的防拷貝只讀存儲器，其特征是“閂鎖”存儲器(2)和“解碼表”存儲器(4)內的密碼應該能永久性的存儲。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于電子計算機系統(tǒng)中的防拷貝只讀存儲器器件。它由主存儲器，“閂鎖”存儲器，三D觸發(fā)器，解碼表存儲器等構成，程序在運行時，可利用“密鑰”自動啟動“閂鎖”存儲器，將“鎖”狀態(tài)鎖存在三D觸發(fā)器中，并依此選擇正確的解碼表解密，工作時，可動態(tài)地在八種加密結構中改變狀態(tài)，是一種保密性極強的器件，由于全部工作在一個脈沖沿的過程中完成，故不增加運行時間。
文檔編號G11C17/00GK1070759SQ9210665
公開日1993年4月7日 申請日期1992年8月15日 優(yōu)先權日1992年8月15日
發(fā)明者呂偉建 申請人:呂偉建