單片機(jī)解密(破解)方法和對(duì)策研究

1、單片機(jī)解密的常用方法及應(yīng)對(duì)策略本文介紹了單片機(jī)內(nèi)部密碼破解的常用方法，重點(diǎn)說(shuō)明了侵入型攻擊/物理攻擊 方法的詳細(xì)步驟，最后，從我們滬生電子解密經(jīng)歷出發(fā)，提出了對(duì)付破解的幾點(diǎn) 建議，希望對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品知識(shí)的保護(hù)作出貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、mcu、ic、破解、解密；侵入型攻擊/物理攻擊；單片機(jī)解密; 單片機(jī)破解、防止單片機(jī)解密、防止單片機(jī)破解1引言單片機(jī)(mcu) 一般都冇內(nèi)部e epro m/ fl as h供用戶(hù)存放程序和 工作數(shù)據(jù)。為了防止未經(jīng)授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)或拷貝單片機(jī)的機(jī)內(nèi)程序，大部分單片機(jī)都帶 有加密鎖定位或者加密字節(jié)，以保護(hù)片內(nèi)程序。如果在編程吋加密鎖定位被使能 (鎖定)，就無(wú)法用普通編程器直接讀

2、取單片機(jī)內(nèi)的程序，這就是所謂單片機(jī)加 密或者說(shuō)鎖定功能。事實(shí)上，這樣的保護(hù)措施很脆弱，很容易被破解。單片機(jī)攻 擊者借助專(zhuān)用設(shè)備或者自制設(shè)備，利用單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)上的漏洞或軟件缺陷，通 過(guò)多種技術(shù)手段，就可以從芯片中提取關(guān)鍵信息，獲取單片機(jī)內(nèi)程序。因此，作 為電子產(chǎn)詁的設(shè)計(jì)工程師非常有必要了解當(dāng)前單片機(jī)攻擊的最新技術(shù)，做到知己 知彼，心中冇數(shù)，才能冇效防止自己花費(fèi)大量金錢(qián)和時(shí)間辛辛苦苦設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn) 品被人家一夜z間仿冒的事情發(fā)生。2單片機(jī)攻擊技術(shù)目前，攻擊單片機(jī)主要有四種技術(shù)，分別是：(1 )軟件攻擊該技術(shù)通常使用處理器通信接口并利用協(xié)議、加密算法或這些算法屮的安全 漏洞來(lái)進(jìn)行攻擊。軟件攻擊取得成

3、功的一個(gè)典型事例是對(duì)早期a tme l at 8 9 c系列單片機(jī)的攻擊。攻擊者利用了該系列單片機(jī)擦除操作時(shí)序設(shè)計(jì)上的 漏洞，使用自編程序在擦除加密鎖定位后，停止下一步擦除片內(nèi)程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù) 的操作，從而使加過(guò)密的單片機(jī)變成沒(méi)加密的單片機(jī)，然后利用編程器讀出片內(nèi) 程序。目前在其他加密方法的基礎(chǔ)上，可以研究出一些設(shè)備，配合一定的軟件，來(lái)做軟 件攻擊。近期國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了 了一種51單片機(jī)解密設(shè)備(成都一位高手搞出來(lái)的)，這種解密 器主要針對(duì)syncmos. winbond,在生產(chǎn)工藝上的漏洞，利用某些編程器定位插 字節(jié)，通過(guò)一定的方法查找芯片屮是否有連續(xù)空位,也就是說(shuō)查找芯片屮連續(xù)的 ff ff字節(jié)，

4、插入的字節(jié)能夠執(zhí)行把片內(nèi)的程序送到片外的指令,然后用解密的 設(shè)備進(jìn)行截獲，這樣芯片內(nèi)部的程序就被解密完成了。(2 )電子探測(cè)攻擊該技術(shù)通常以高時(shí)間分辨率來(lái)監(jiān)控處理器在正常操作時(shí)所冇電源和接口連 接的模擬特性，并通過(guò)監(jiān)控它的電磁輻射特性來(lái)實(shí)施攻擊。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一個(gè)活 動(dòng)的電子器件，當(dāng)它執(zhí)行不同的指令時(shí)，對(duì)應(yīng)的電源功率消耗也相應(yīng)變化。這樣 通過(guò)使用特殊的電子測(cè)量?jī)x器和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析和檢測(cè)這些變化，即可獲取m 片機(jī)中的特定關(guān)鍵信息。目前rf編程器可以直接讀出老的型號(hào)的加密mcu屮的程序，就是采用這個(gè)原理。(示波器探頭)(探測(cè)到的波形)(3)過(guò)錯(cuò)產(chǎn)生技術(shù)該技術(shù)使用異常工作條件來(lái)使處理器出錯(cuò)，然后捉供

5、額外的訪(fǎng)問(wèn)來(lái)進(jìn)行攻 擊。使用最廣泛的過(guò)錯(cuò)產(chǎn)生攻擊手段包描電壓沖擊和時(shí)鐘沖擊。低電壓和高電壓 攻擊可用來(lái)禁止保護(hù)電路工作或強(qiáng)制處理器執(zhí)行錯(cuò)誤操作。吋鐘瞬態(tài)跳變也許會(huì) 復(fù)位保護(hù)屯路而不會(huì)破壞受保護(hù)信息。電源和時(shí)鐘瞬態(tài)跳變可以在某些處理器中 影響單條指令的解碼和執(zhí)行。（4 ）探針技術(shù)該技術(shù)是直接暴霜芯片內(nèi)部連線(xiàn)，然后觀(guān)察、操控、干擾單片機(jī)以達(dá)到攻擊 目的。為了方便起見(jiàn)，人們將以上四種攻擊技術(shù)分成兩類(lèi)，一類(lèi)是侵入型攻擊（物 理攻擊），這類(lèi)攻擊需要破壞封裝，然后借助半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備、顯微鏡和微定位 器，在專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)室花上幾小吋甚至幾周吋間才能完成。所冇的微探針技術(shù)都屬 于侵入型攻擊。另外三種方法屈于非侵入

6、型攻擊，被攻擊的單片機(jī)不會(huì)被物理?yè)p 壞。在某些場(chǎng)合非侵入型攻擊是特別危險(xiǎn)的，這是因?yàn)榉乔秩胄凸羲柙O(shè)備通 ?？梢宰灾坪蜕?jí)，因此非常廉價(jià)。大部分非侵入型攻擊需要攻擊者具備良好的處理器知識(shí)和軟件知識(shí)。與之相 反，侵入型的探針攻擊則不需耍太多的初始知識(shí)，而且通?？捎靡徽紫嗨频募?術(shù)對(duì)付寬范圍的產(chǎn)品。因此，對(duì)單片機(jī)的攻擊往往從侵入型的反向工程開(kāi)始，積 累的經(jīng)驗(yàn)有助于開(kāi)發(fā)更加廉價(jià)和快速的非侵入型攻擊技術(shù)。3 侵入型攻擊的一般過(guò)程侵入型攻擊的第一步是揭去芯片封裝（簡(jiǎn)稱(chēng)“開(kāi)蓋”有時(shí)候稱(chēng)“開(kāi)封”，英 文為“decap” , decapsulation）。有兩種方法可以達(dá)到這一目的:第一種是完 全溶解掉芯

7、片封裝，暴露金屬連線(xiàn)。第二種是只移掉硅核上面的塑料封裝。第一 種方法需耍將芯片綁定到測(cè)試夾具上，借助綁定臺(tái)來(lái)操作。第二種方法除了需耍 具備攻擊者一定的知識(shí)和必要的技能外，還需要個(gè)人的智慧和耐心，但操作起來(lái) 相對(duì)比較方便，完全家庭小操作。片蓋后 的芯片ww. husoon. com（p1c12c508a部分開(kāi)蓋）（em78p567部分開(kāi)蓋，這個(gè)是手工開(kāi)的）（完全溶解掉芯片封裝）芯片上面的塑料可以用小刀揭開(kāi)，芯片周?chē)沫h(huán)氧樹(shù)脂可以用濃硝酸腐蝕 掉。熱的濃硝酸會(huì)溶解掉芯片封裝而不會(huì)影響芯片及連線(xiàn)。該過(guò)程一般在非常干 燥的條件下進(jìn)行，因?yàn)樗拇嬖诳赡軙?huì)侵蝕己暴露的鋁線(xiàn)連接（這就可能造成 解密失?。＝?/p>

8、著在超聲池里先用丙酗清洗該芯片以除去殘余硝酸，并浸泡。最后一步是尋找保護(hù)熔絲的位置并將保護(hù)熔絲暴露在紫外光下。一般用一臺(tái)放大 倍數(shù)至少i0 0倍的顯微鏡，從編程電壓輸入腳的連線(xiàn)跟蹤進(jìn)去，來(lái)尋找保護(hù)熔 絲。若沒(méi)有顯微鏡，則采用將芯片的不同部分暴霜到紫外光下并觀(guān)察結(jié)果的方式 進(jìn)行簡(jiǎn)單的搜索。操作時(shí)應(yīng)用不透明的紙片覆蓋芯片以保護(hù)程序存儲(chǔ)器不被紫外 光擦除。將保護(hù)熔絲暴需在紫外光下51 0分鐘就能破壞掉保護(hù)位的保護(hù)作 用，之后，使用簡(jiǎn)單的編程器就可直接讀出程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容。對(duì)于使用了防護(hù)層來(lái)保護(hù)e e prom單元的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，使用紫外光復(fù)位 保護(hù)電路是不可行的。對(duì)于這種類(lèi)型的單片機(jī)，一般使用微探針技

9、術(shù)來(lái)讀取存儲(chǔ) 器內(nèi)容。在芯片封裝打開(kāi)后，將芯片置于顯微鏡下就能夠很容易的找到從存儲(chǔ)器 連到電路其它部分的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。由于某種原因，芯片鎖定位在編程模式下并不鎖 定對(duì)存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)。利用這-缺陷將探針?lè)旁跀?shù)據(jù)線(xiàn)的上面就能讀到所有想要的 數(shù)據(jù)。在編程模式下，重啟讀過(guò)程并連接探針到另外的數(shù)據(jù)線(xiàn)上就可以讀出程序 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的所有信息。還有一種可能的攻擊手段是借助顯微鏡和激光切割機(jī)等設(shè)備來(lái)尋找保護(hù)熔 絲，從而尋查和這部分電路相聯(lián)系的所冇信號(hào)線(xiàn)。由于設(shè)計(jì)冇缺陷，因此，只要 切斷從保護(hù)熔絲到其它電路的某一根信號(hào)線(xiàn)（或切割掉整個(gè)加密電路）或連接 13根金線(xiàn)（通常稱(chēng)fib： focused ion beam）,

10、就能禁止整個(gè)保護(hù)功能,這樣， 使用簡(jiǎn)單的編程器就能直接讀出程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容。200 pm（上圖為電路修改示意框圖）i na |th ii wflq'50x i2 71g15 41 15（上圖為fib及flip chip fib分析）（上圖為ptc12c508a切割掉加密融絲后放犬1000x后的圖片）大旳驚的圖片.送個(gè)單片機(jī)這樣可漢直接飲 出內(nèi)薦的厘序 時(shí)叭hu$gn. co»）雖然大多數(shù)普通單片機(jī)都具有熔絲燒斷保護(hù)單片機(jī)內(nèi)代碼的功能，但由于通 用低檔的單片機(jī)并非定位于制作安全類(lèi)產(chǎn)品，因此，它們往往沒(méi)有提供有針對(duì)性 的防范措施冃安全級(jí)別較低。加上單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，銷(xiāo)售量大，廠(chǎng)

11、商間委托 加工與技術(shù)轉(zhuǎn)讓頻繁，大量技術(shù)資料外瀉，使得利用該類(lèi)芯片的設(shè)計(jì)漏洞和廠(chǎng)商 的測(cè)試接口，并通過(guò)修改熔絲保護(hù)位等侵入型攻擊或非侵入型攻擊手段來(lái)讀取單 片機(jī)的內(nèi)部程序變得比較容易。4應(yīng)對(duì)單片機(jī)破解的幾點(diǎn)建議任何一款單片機(jī)從理論上講，攻擊者均可利用足夠的投資和時(shí)間使用以上方 法來(lái)攻破。所以，在用單片機(jī)做加密認(rèn)證或設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量加大攻擊者的攻 擊成木和所耗費(fèi)的吋間。這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)該始終牢記的基木原則。除此之外， 還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）在選定加密芯片前，要充分調(diào)研，了解單片機(jī)破解技術(shù)的新進(jìn)展，包 括哪些單片機(jī)是已經(jīng)確認(rèn)可以破解的。盡量不選用已可破解或同系列、同型號(hào)的 芯片選擇采用新工藝、新

12、結(jié)構(gòu)、上市吋間較短的單片機(jī)，如可以使用 atmega88/atmega88v,這種國(guó)內(nèi)目前破解的費(fèi)用一需要6k左右，另夕卜目前相對(duì)難解密的有 p1c12f683, p1c16f690, p1c16f913, 16f54, 16f57, p1c16f628, at89s54等；其他也可以和cpld結(jié)合加密,這樣解密費(fèi)用很高，解密一般的cpld 也要1萬(wàn)左右。（2）盡量不要選用mc s 5 1系列單片機(jī)，因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)在國(guó)內(nèi)的普及程 度最高，被研究得也最透。（3）產(chǎn)品的原創(chuàng)者，一般具有產(chǎn)量大的特點(diǎn)，所以可選用比較生僻、偏冷 門(mén)的單片機(jī)來(lái)加大仿冒者采購(gòu)的難度，選用一些生僻的單片機(jī)，比如 attiny2

13、313, at89c51rd2, at89c51rc2, motorola 單片機(jī)等比較難解密的芯片， 目前國(guó)內(nèi)會(huì)開(kāi)發(fā)使用熟悉motorola單片機(jī)的人很少，所以破解的費(fèi)用也相當(dāng)高, 從30003萬(wàn)左右。（4）在設(shè)計(jì)成本許可的條件下，應(yīng)選用具有駛件自毀功能的智能卡芯片， 以有效對(duì)付物理攻擊；另外程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，加入時(shí)間到計(jì)時(shí)功能，比如使用到 1年，自動(dòng)停止所冇功能的運(yùn)行，這樣會(huì)增加破解者的成本。（5）如果條件許可，可采用兩片不同型號(hào)單片機(jī)互為備份，相互驗(yàn)證，從 而增加破解成本。（6）打濟(jì)掉芯片型號(hào)等信息或者重新印上其它的型號(hào)，以假亂真。om（7）可以利用單片機(jī)未公開(kāi)，未被利用的標(biāo)志位或單元，作

14、為軟件標(biāo)志 位。（8）利用mcs-51屮a5指令加密，其實(shí)世界上所有資料，包括英文資 料都沒(méi)有講這條指令，其實(shí)這是很好的加密指令，a5功能是二字節(jié)空操作指令加 密方法在a5后加一個(gè)二字節(jié)或三字節(jié)操作碼，因?yàn)樗蟹磪R編軟件都不會(huì)反匯 編a5指令，造成正常程序反匯編亂套，執(zhí)行程序無(wú)問(wèn)題仿制者就不能改變你的源 程序。（9）你應(yīng)在程序區(qū)寫(xiě)上你的大名單位開(kāi)發(fā)時(shí)間及仿制必究的說(shuō)法，以 備獲得法律保護(hù)；另外寫(xiě)上你的大名的時(shí)候，可以是隨機(jī)的，也就是說(shuō)，采用某 種算法，外部不同條件下，你的名字不同，比如wwwhusooncomloll、 wwwhusooncnl012等，這樣比較難反匯編修改。（10）采用高檔的

15、編程器，燒斷內(nèi)部的部分管腳，具體如何燒斷，可以參考：?jiǎn)纹瑱C(jī)管腳燒斷的方法和破解;還可以采用口制的設(shè)備燒斷金線(xiàn)，這個(gè)目 前國(guó)內(nèi)幾乎不能解密，即使解密，也需要上萬(wàn)的費(fèi)用，需要多個(gè)母片。（11）采用保密硅膠（環(huán)氧樹(shù)脂灌封膠）封住整個(gè)電路板，pcb上多 一些沒(méi)冇用途的焊盤(pán)，在硅膠屮述可以摻雜一些沒(méi)有用途的元件，同時(shí)把mcu 周?chē)娐返碾娮釉M量抹掉型號(hào)。（加保密硅膠的過(guò)程）gori（加保密硅膠封后的產(chǎn)品）（12）對(duì)syncmos, winbond單片機(jī)，將把要燒錄的文件轉(zhuǎn)成hex文件, 這樣燒錄到芯片內(nèi)部的程序空位自動(dòng)添00,如果你習(xí)慣bin文件，也可以用編 程器把空白區(qū)域中的ff改成00,這樣一般解密器也就找不到芯片中的空位，也就 無(wú)法執(zhí)行以后的解密操作。（13）程序采用軟加密的方式當(dāng)然，