楊 衛(wèi)，江 猛

(1.江蘇城市職業(yè)學院張家港北校區(qū)，機電工程系，江蘇 張家港 215600；2.蘇州華芯微電子有限公司，江蘇 蘇州 215011)

對于利用MCU開發(fā)的智能化新產(chǎn)品，為了防止其獨特設計思想或核心技術(shù)被非法侵入或竊取，設計時必須考慮采取相應的加密方法.其基本思路是對硬件電路和軟件程序均采取一切可用的方法增加其讀取難度，防止硬件電路原理被別人測試和軟件被破譯.結(jié)合實際產(chǎn)品的特點，采用軟件的、硬件的，亦有軟硬件結(jié)合的具體方法從設計階段即對產(chǎn)品的加密方法作全盤考慮.

雖然不少單片機開發(fā)仿真系統(tǒng)聲稱能對加密了的存在于單片機內(nèi)置程序存儲器EPROM、FlashMemory、EEPROM 等之中的程序進行解密，但是，新的加密算法亦不斷推出[1].隨著加密和解密之間戰(zhàn)爭的不斷升級，單片機及其外圍器件提供的加密功能亦越來越完善.

一種防解密較好的方法，是使用掩膜ROM.掩膜是不能讀出的.但一般掩膜成本較高，這種方法只使用于批量較大的產(chǎn)品.

程序解密的最后方法是開蓋分析法，即DECAP.這種方法是通過直接把裸芯片分層拍照，然后一位一位地讀出來[2].很顯然，這種方法成本太高，且由于分層剝離腐蝕的不確定性而不能保證讀出的數(shù)據(jù)就是對的.

單片機的應用程序常被輕易地非法復制，使單片機開發(fā)者的利益受到嚴重損害.所以，尋找安全可靠的加密方法是單片機開發(fā)者迫在眉睫的問題.本文針對華芯微電子有限公司的專用集成電路 HS1527的特點，從軟件和硬件兩方面闡述單片機的保護技術(shù).

1 HS1527的特點和功能

1.1 HS1527的特點

HS1527是一款無線發(fā)碼專用集成電路，采用CMOS工藝制造，擁有20位內(nèi)碼，可預燒100萬組內(nèi)碼組合，降低了重碼率.靜態(tài)電流小于1 μA.工作電壓在3～12 V之間.4個按鍵組合輸入，可有15個組合按鍵.單端振蕩電路，只需1個外圍電阻.小體積8腳SOP封裝如圖1所示;引腳說明見表1.HS1527電路框圖見圖2.

表1 HS1527引腳說明

圖1 HS1527封裝

圖2 HS1527電路框圖

1.2 HS1527的功能

1) 每一幀碼有25位，同步位(syn)的高低電平寬度為t∶31t(先高后低)，其余每一位碼的碼形有兩種，稱為“0”碼和“1”碼;“0”碼是一個高低電平寬度比為t∶3t的脈沖(先高后低)，“1”碼是一個高低電平寬度比為3t∶t的脈沖(先高后低);一幀碼發(fā)完馬上發(fā)下一幀碼.其中t為振蕩頻率的32倍.

2) 發(fā)碼時依次將syn、C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、D0、D1、D2、D3的編碼發(fā)出.發(fā)碼時序如圖3所示.

3) K0～K3按鍵組合共有15種，分別對應于D0～D3，當按鍵按下時，對應的按鍵位為“1”，否則為“0”.K0～K3的按鍵組合如表2所示.

圖3 發(fā)碼時序圖

表2 K0～K3的按鍵組合

2 利用HS1527的加密方法

軟件加密的一個重要目的就是防止別人分析、解剖自己的程序，因而廣義地理解任何能降低程序可讀性的方法都可認為是一種“加密”，除了上面所述的轉(zhuǎn)移指令，還可利用大量不用的程序空間做文章，譬如可以在正常程序中夾上幾段無用的程序，這些無用的程序段也會執(zhí)行到，但是它們的執(zhí)行不會對系統(tǒng)的工作產(chǎn)生不良影響，僅是用來混淆破譯者的視聽，打亂其分析程序的思路而已[3].

軟件加密方法的基本思想是通過某些方法對程序和數(shù)據(jù)進行處理，迫使剽竊者放棄解密.此外，軟件加密方法不能防止別人復制，只能防止別人解剖、分析和改進自己的產(chǎn)品，以延長產(chǎn)品占據(jù)市場的時間，保持產(chǎn)品優(yōu)勢.所以，軟件加密只是硬件加密的補充和延伸.軟件加密方法，只要不影響產(chǎn)品的運行功能，越多越好，亦是新產(chǎn)品開發(fā)者保護自己產(chǎn)品的有力武器.

STC89C52是和MCS51指令兼容的，并帶有數(shù)據(jù)EEPROM的一款高性能單片機.但STC系列單片機的代碼加密技術(shù)已被攻破，因此利用其本身的代碼加密技術(shù)不足以保護程序代碼的安全[4].

由于HS1527出廠時內(nèi)部20位地址碼已被預燒，其重碼率僅百萬分之一，在市場上幾乎買不到兩個內(nèi)碼一樣的HS1527，因此具有很好的加密特性.

HS1527和STC89C52的接口如圖4所示.接口非常簡單，用兩個I/O口即可.以Rosc為330 kΩ為例，其TXD的一位碼的周期大概是1.5 ms.

為了加大破解的難度[5]，程序分為兩個部分，一個是初始化程序，程序流程如圖5所示.一個是正常工作程序，程序流程如圖6所示.因為不知道一個HS1527芯片的內(nèi)碼是多少，因此初始化程序純粹是為了解出HS1527碼，并將碼值存入單片機自帶的EEPROM中.在正常程序中，解出碼值后，與EEPROM中初始化存入的碼值比較，二者一致，則程序正常執(zhí)行，否則，程序終止[6].

圖4 HS1527和STC89C52的接口電路圖

圖5 初始化程序流程圖

圖6 正常工作程序流程圖

3 結(jié) 論

在新產(chǎn)品開發(fā)推廣中，可根據(jù)具體產(chǎn)品開發(fā)、設計合適有效的加密方法，并吸取別人的經(jīng)驗，開發(fā)研究出更多更新的防盜技術(shù).

由于實際產(chǎn)品的程序中，是沒有初始化程序的.所以，即使程序被人讀出，燒入相同的單片機芯片，也不能正常執(zhí)行的.對單片機應用系統(tǒng)軟硬件而言，要做到絕對保密幾乎是不可能的，只能采取合適的加密技術(shù)盡量提高解密成本，這是加密的一個基本原則，只要能使一般的剽竊者望而卻步，就是成功的加密方法.

因為即使一個HS1527的內(nèi)碼剛好正確，那么下一個HS1527的內(nèi)碼就不正確了，所以本方案在加密方案中是比較可行的一種.在實際產(chǎn)品中，如汽車防盜鎖，已得到廣泛的應用.隨著單片機應用的深入發(fā)展，軟件保護將日益受到人們的關(guān)注和重視.因此該方法具有推廣價值.

[1] 徐禮榮. 單片機破解的常用方法及應對策略[J]. 國外電子元器件，2004(9): 63-65.

[2] 張衛(wèi)東. MCS51程序的軟件加密方法[J]. 電子技術(shù)，1994(3):21-22.

[3] 趙望達. 基于智能化裝置的單片機加密技術(shù)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器，2002(2):49-51.

[4] 趙望達. 基于單片機的高新技術(shù)產(chǎn)品加密方法探討[J]. 制造業(yè)自動化，2000，22(2):59-61.

[5] 劉振棟，左文香. 單片機加密技術(shù)及其應用[J]. 河北工程技術(shù)高等?？茖W校學報，1996(2):30-33.

[6] 賈金玲，姚婭川. 單片機原理及應用[M]. 成都:電子科技大學出版社，2004.