单片机破解的常用方法及加密应对策略 3200字 摘要：介绍了单片机内部密码破解的常用办法，重点表明了侵入型攻击/物理攻击办法的详细步骤，最后，从应用角度出发，提出了对付破解的几点倡议1引言单片机(Microcontroller)一般都有内部ROM/EEPROM/FLASH供用户寄存程序为了避免未经授权访问或拷贝单片机的机内程序，大局部单片机都带有加密锁定位或者加密字节，以爱护片内程序如果在编程时加密锁定位被使能(锁定)，就无法用普通编程器直接读取单片机内的程序，这就是所谓拷贝爱护或者说锁定功能事实上，这样的爱护措施很脆弱，很容易被破解单片机攻击者借助专用设备或者自制设备，利用单片机芯片设计上的漏洞或软件缺陷，通过多种技术伎俩，就可以从芯片中提取关键信息，获取单片机内程序因此，作为电子产品的设计项目师非常有必要了解当前单片机攻击的最新技术，做到知己知彼，心中有数，才能有效避免自己花费大量金钱和时间辛辛苦苦设计出来的产品被人家一夜之间仿冒的事情发生2单片机攻击技术目前，攻击单片机主要有四种技术，分别是：(1)软件攻击该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的平安漏洞来进行攻击。
软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期ATMELAT89C系列单片机的攻击攻击者利用了该系列单片机擦除操作时序设计上的漏洞，使用自编程序在擦除加密锁定位后，停止下一步擦除片内程序存储器数据的操作，从而使加过密的单片机变成没加密的单片机，然后利用编程器读出片内程序2)电子探测攻击该技术通常以高时间分辨率来监控处理器在正常操作时所有电源和接口连接的模拟特性，并通过监控它的电磁辐射特性来实施攻击因为单片机是一个活动的电子器件，当它执行不同的指令时，对应的电源功率耗费也相应变化这样通过使用特殊的电子测量仪器和数学统计办法分析和检测这些变化，即可获取单片机中的特定关键信息3)过错产生技术该技术使用异常工作条件来使处理器出错，然后提供额外的访问来进行攻击使用最广泛的过错产生攻击伎俩包括电压冲击和时钟冲击低电压和高电压攻击可用来禁止爱护电路工作或强制处理器执行错误操作时钟瞬态跳变也许会复位爱护电路而不会破坏受爱护信息电源和时钟瞬态跳变可以在某些处理器中影响单条指令的解码和执行4)探针技术该技术是直接暴露芯片内部连线，然后察看、操控、干扰单片机以到达攻击目的为了方便起见，人们将以上四种攻击技术分成两类，一类是侵入型攻击(物理攻击)，这类攻击需要破坏封装，然后借助半导体测试设备、显微镜和微定位器，在专门的实验室花上几小时甚至几周时间才能完成。
所有的微探针技术都属于侵入型攻击另外三种办法属于非侵入型攻击，被攻击的单片机不会被物理损坏在某些场合非侵入型攻击是特别危险的，这是因为非侵入型攻击所需设备通常可以自制和升级，因此非常便宜大局部非侵入型攻击需要攻击者具备良好的处理器知识和软件知识与之相反，侵入型的探针攻击那么不需要太多的初始知识，而且通常可用一整套相似的技术对付宽范围的产品因此，对单片机的攻击往往从侵入型的反向项目开始，积累的经验有助于开发更加便宜和快速的非侵入型攻击技术3侵入型攻击的一般过程侵入型攻击的第一步是揭去芯片封装有两种办法可以到达这一目的：第一种是完全溶解掉芯片封装，暴露金属连线第二种是只移掉硅核上面的塑料封装第一种办法需要将芯片绑定到测试夹具上，借助绑定台来操作第二种办法除了需要具备攻击者一定的知识和必要的技能外，还需要个人的智慧和耐心，但操作起来相比照较方便芯片上面的塑料可以用小刀揭开，芯片周围的环氧树脂可以用浓硝酸腐蚀掉热的浓硝酸会溶解掉芯片封装而不会影响芯片及连线该过程一般在非常枯燥的条件下进行，因为水的存在可能会侵蚀已暴露的铝线连接接着在超声池里先用丙酮清洗该芯片以除去剩余硝酸，然后用清水清洗以除去盐分并枯燥。
没有超声池，一般就跳过这一步这种情况下，芯片外表会有点脏，但是不太影响紫外光对芯片的操作效果最后一步是寻找爱护熔丝的位置并将爱护熔丝暴露在紫外光下一般用一台放大倍数至少100倍的显微镜，从编程电压输入脚的连线跟踪进去，来寻找爱护熔丝假设没有显微镜，那么采用将芯片的不同局部暴露到紫外光下并察看结果的方式进行简单的搜索操作时应用不透明的纸片覆盖芯片以爱护程序存储器不被紫外光擦除将爱护熔丝暴露在紫外光下5～10分钟就能破坏掉爱护位的爱护作用，之后，使用简单的编程器就可直接读出程序存储器的内容对于使用了防护层来爱护EEPROM单元的单片机来说，使用紫外光复位爱护电路是不可行的对于这种类型的单片机，一般使用微探针技术来读取存储器内容在芯片封装翻开后，将芯片置于显微镜下就能够很容易的找到从存储器连到电路其它局部的数据总线由于某种原因，芯片锁定位在编程模式下并不锁定对存储器的访问利用这一缺陷将探针放在数据线的上面就能读到所有想要的数据在编程模式下，重启读过程并连接探针到另外的数据线上就可以读出程序和数据存储器中的所有信息还有一种可能的攻击伎俩是借助显微镜和激光切割机等设备来寻找爱护熔丝，从而寻查和这局部电路相联系的所有信号线。
由于设计有缺陷，因此，只要切断从爱护熔丝到其它电路的某一根信号线，就能禁止整个爱护功能由于某种原因，这根线离其它的线非常远，所以使用激光切割机完全可以切断这根线而不影响临近线这样，使用简单的编程器就能直接读出程序存储器的内容虽然大多数普通单片机都具有熔丝烧断爱护单片机内代码的功能，但由于通用低档的单片机并非定位于制作平安类产品，因此，它们往往没有提供有针对性的防备措施且平安级别较低加上单片机应用场合广泛，销售量大，厂商间委托加工与技术转让频繁，大量技术资料外泻，使得利用该类芯片的设计漏洞和厂商的测试接口，并通过修改熔丝爱护位等侵入型攻击或非侵入型攻击伎俩来读取单片机的内部程序变得比拟容易4应对单片机破解的几点倡议任何一款单片机《从理论上讲，攻击者均可利用足够的投资和时间使用以上办法来攻破所以，在用单片机做加密认证或设计系统时，应尽量加大攻击者的攻击本钱和所消耗的时间这是系统设计者应该始终牢记的根本原那么除此之外，还应注意下列几点：(1)在选定加密芯片前，要充沛调研，了解单片机破解技术的新进展，包括哪些单片机是已经确认可以破解的尽量不选用已可破解或同系列、同型号的芯片2)尽量不要选用MCS51系列单片机，因为该单片机在国内的遍及程度最高，被研究得也最透。
3)产品的原创者，一般具有产量大的特点，所以可选用比拟生僻、偏冷门的单片机来加大仿冒者采购的难度4)选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机，如ATMELAVR系列单片机等5)在设计本钱许可的条件下，故选用具有硬件自毁功能的智能卡芯片，以有效对付物理攻击6)如果条件许可，可采用两片不同型号单片机互为备份，相互验证，从而增加破解本钱7)打磨掉芯片型号等信息或者重新印上其它的型号，以假乱真当然，要想从基本上避免单片机被解密，程序被盗版等侵权行为发生，只能依靠法律伎俩来保障。