对运行于STM32的嵌入式代码程序进行加密

目的：对运行于STM32的嵌入式代码程序进行加密
编译环境：IAR Embedded System for ARM5.5
一．STM32Flash组织



STM32的Flash包括主存储器(HD版本,512KB)+信息块。信息块包括2KB的系统存储器(用于系统自举启动代码)和16字节的选项字节(8个字节数据+8个字节数据的反码)。
 二、STM32读保护
STM32读保护是通过设置RDP选项字节，然后在系统重新复位加载了新的RDP选项字节后启动的。当保护字节被写入相应的值以后：
●通过从内置SRAM或FSMC执行代码访问主闪存存储器的操作，通过DMA1、DMA2、JTAG、SWV(串行线观察器)、SWD(串行线调试)、ETM和边界扫描方式对闪存的访问都将被禁止。
●只允许从用户代码中对主闪存存储器的读操作(以非调试方式从主闪存存储器启动)。
●第0~3页(小容量和中容量产品)，或第0~1页(大容量和互联型产品)被自动加上了写保护，其它部分的存储器可以通过在主闪存存储器中执行的代码进行编程(实现IAP或数据存储等功能)，但不允许在调试模式下或在从内部SRAM启动后执行写或擦除操作(整片擦除除外)。
●所有通过JTAG/SWD向内置SRAM装载代码并执行代码的功能依然有效，亦可以通过JTAG/SWD从内置SRAM启动，这个功能可以用来解除读保护。当读保护的选项字节转变为存储器未保护的数值时，将会执行整片擦除过程。
●可以使用系统启动程序解除读保护(此时只需执行系统复位即可重新加载选项字节)，芯片自动擦除Flash所有内容。
 三．STM32的加密
1.使用系统启动程序STM32 Flash Loader demonstrator将Flash设置为读保护。
所有以调试工具、内置SRAM或FSMC执行代码等方式对主存储器访问的操作将被禁止，只允许用户代码对主Flash存储器的读操作和编程操作(除了Flash开始的4KB区域不能编程)。用户代码允许自主编程可以实现IAP或者数据存储等功能。
这样破解者将不能用调试工具、内置SRAM或者FSMC执行代码等方式读出Flash中的代码。破解者也不能使用系统启动程序读取代码，因为要解除读保护，将执行整个芯片的擦除操作。
2．主程序中使用设备ID保护
    即使将Flash设置为读保护，破解者也可以通过IAP下载自己的一段小程序，从而读出Flash中的内容。因此，还需要利用设备的唯一ID进行加密保护。在主程序中,加入对设备唯一ID的检测，这样即使破解者读出了芯片中的二进制码，也不能用这个二进制码去复制新的器件。具体实现方法：
    (1)在应用程序中定义1个(32位甚至更多)const变量，变量值全为0xFF。每次启动程序时，检查const变量值如果全为0xFF，就读器件的唯一ID，通过Flash编程写入该const变量中(因为全是0xFF，所以可以编程写入)。
    (2)在程序中多个地方检查const变量，如果变量值不为0xFF并且与设备ID不一致，就执行与功能无关代码(比如自擦除)。
    这样，即使破解者读出了芯片中的二进制码，因为这份二进制码包含了设备唯一ID，具有唯一性，所以不能复制到其他芯片中。
    为了避免破解者利用反汇编，根据芯片ID数据在二进制文件中查找对应相同数据的位置从而破解，可以将ID拆散成不同的组合，并且写到不同且不连续的地方。更进一步，可在程序中检测多份这样的分散ID，以增加反汇编的难度。或者将CPUID进行加密，Flash中存储加密后的结果。
 四．程序加密的实现
 
[cpp] view plaincopy

01.//加密后的CPUID  

02.volatile const static uint32 CPUIDEncrypt = 0xFFFFFFFF;  

03.  

04.//写入加密数据  

05.void WriteEncrypt(void)  

06.{   

07.    //第一次烧写:将UID写入到Flash中  

08.    if(CPUIDEncrypt==0xFFFFFFFF)  

09.   {  

10.        uint32_t CpuID[3];         

11.        //获取CPU唯一的ID  

12.        CpuID[0]=*(vu32*)(UID_BASE);  

13.        CpuID[1]=*(vu32*)(UID_BASE+4);  

14.        CpuID[2]=*(vu32*)(UID_BASE+8);          

15.  

16.        //加密算法,很简单的加密算法  

17.        uint32_t EncryptCode=(CpuID[0]>>3)+(CpuID[1]>>1)+(CpuID[2]>>2);     

18.        FLASH_Unlock();  

19.        FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);  

20.        FLASH_ProgramWord((uint32_t)&CPUIDEncrypt, EncryptCode);  

21.        FLASH_Lock();  

22.    }  

23.}  

24.//判断加密  

25.bool JudgeEncrypt(void)  

26.{         

27.    uint32_t CpuID[4];         

28.    //获取CPU唯一的ID  

29.    CpuID[0]=*(vu32*)(UID_BASE);  

30.    CpuID[1]=*(vu32*)(UID_BASE+4);  

31.    CpuID[2]=*(vu32*)(UID_BASE+8);      

32.    //加密算法,很简单的加密算法  

33.    CpuID[3]=(CpuID[0]>>3)+(CpuID[1]>>1)+(CpuID[2]>>2);     

34.    //检查Flash中的UID是否合法   

35.    return (CPUIDEncrypt == CpuID[3]);  

36.} 

1、将写入加密数据和判断加密两个功能分开。写入加密在PrsCtrlTask开始的地方；而判断加密分布到程序的各个角落。
2、非常重要的是CPUID加密值的定义一定要加“volatile”类型：
volatile const static uint32 CPUIDEncrypt = 0xFFFFFFFF;
否则按速度优化编译，在判断加密值，不会重新读取加密值，导致判断出错。
3、在工程选项Options->Debugger->Download中选择: use flash loader
否则主程序中对Flash编程将不成功。
参考资料：
STM32F10x微控制器参考手册(2009年12月第10版).pdf