单片机解密原理_单片机解密方法

什么是单片机解密

单片机解密又叫芯片解密，单片机破解，芯片破解，IC解密，但是这严格说来这几种称呼都不科学，但已经成了习惯叫法，我们把CPLD解密，DSP解密都习惯称为单片机解密。

单片机（MCU）一般都有内部EEPROM/FLASH供用户存放程序和工作数据。什么叫单片机解密呢？如果要非法读出里的程式，就必需解开这个密码才能读出来，这个过程通常称为单片机解密或芯片加密。为了防止未经授权访问或拷贝单片机的机内程序，大部分单片机都带有加密锁定位或者加密字节，以保护片内程序;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，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，通过多种技术手段，就可以从芯片中提取关键信息，获取单片机内程序这就叫单片机解密。大部分单片机程式写进单片机后，工程师们为了防止他人非法盗用（侵权），所以给加密，以防他人读出里面的程式。

AT89C51单片机解密原理

单片机解密简单就是擦除单片机片内的加密锁定位。由于AT89C系列单片机擦除操作时序设计上的不合理。使在擦除片内程序之前首先擦除加密锁定位成为可能。

AT89C系列单片机擦除操作的时序为：擦除开始----》擦除操作硬件初始化（10微秒）----》擦除加密锁定位（50----200微秒）---》擦除片内程序存储器内的数据（10毫秒）-----》擦除结束。如果用程序监控擦除过程，一旦加密锁定位被擦除就终止擦除操作，停止进一步擦除片内程序存储器，加过密的单片机就变成没加密的单片机了。片内程序可通过总线被读出。

对于AT89C系列单片机有两种不可破解的加密方法。

一、永久性地破坏单片机的加密位的加密方法。简称OTP加密模式。

二、永久性地破坏单片机的数据总线的加密方法。简称烧总线加密模式。AT89C系列单片机OTP加密模式原理这种编程加密算法烧坏加密锁定位（把芯片内的硅片击穿），面不破坏其它部分，不占用单片机任何资源。加密锁定位被烧坏后不再具有擦除特性，89C51/52/55有3个加密位进一步增加了加密的可靠性。一旦用OTP模式加密后，单片机片内的加密位和程序存储器内的数据就不能被再次擦除，89C51/52/55单片机就好象变成了一次性编程的OTP型单片机一样。

如果用户程序长度大于89C51单片机片内存储器的容量，也可使用OPT模式做加密，

具体方法如下：

1、按常规扩展一片大容量程序存储器，如27C512（64K）。

2、把关键的程序部分安排在程序的前4K中。

3、把整个程序写入27C512，再把27C512的前4K填充为0。

4、把程序的前4K固化到AT89C51中，用OPT模式做加密。

5、把单片机的EA脚接高电平。这样程序的前4K在单片机内部运行，后60K在片外运行。盗版者无法读出程序的前4K程序，即使知道后60K也无济于事。

AT89C系列单片机炼总线加密模式原理因为单片机片内的程序代码最终都要通过数据总线读出，如果指导单片机的数据总线的其中一条线永久性地破坏，解密者即使擦除了加密位，也无法读出片内的程序的正确代码。89C1051/2051的数据总线为P1口烧总线模式烧坏89C2051的P1.0端口，原程序代码为02H、01H、00H。读出的数据则为03H，01H，00H。其中最低位始终为1，读出的程序代码显然为错码。这种加密模式用于加密89C1051/2051单片机。缺点是占用单片机的资源。开发设计人员在设计单片机硬件系统时只要预留出口线P1.0不用，以后就可用烧总线模式对单片机加密。

单片机解密方法

目前芯片解密有两种方法，一种是以软件为主，称为非侵入型攻击，要借助一些软件，如类似编程器的自制设备，这种方法不破坏母片（解密后芯片处于不加密状态）；还有一种是以硬件为主，辅助软件，称为侵入型攻击，这种方法需要剥开母片（开盖或叫开封，decapsulation），然后做电路修改（通常称FIB：focused ion beam），这种破坏芯片外形结构和芯片管芯线路只影响加密功能，不改变芯片本身功能。

侵入型攻击的第一步是揭去芯片封装（简称“开盖”有时候称“开封”，英文为“DECAP”，decapsulation）。有两种方法可以达到这一目的：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。第一种方法需要将芯片绑定到测试夹具上，借助绑定台来操作。

目前单片机解密方法主要如下：

（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安全漏洞来进行攻击。软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期AT89CATMEL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。目前在其他加密方法的基础上，可以研究出一些设备，配合一定的软件，来做软件攻击。近期国内出现了了一种51单片机解密设备（成都一位高手搞出来的），这种解密器主要针对SyncMosWinbond，在生产工艺上的漏洞，利用某些编程器定位插字节，通过一定的方法查找芯片中是否有连续空位，也就是说查找芯片中连续的FF FF字节，插入的字节能够执行把片内的程序送到片外的指令，然后用解密的设备进行截获，这样芯片内部的程序就被解密完成了。

（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，对应的电源功率消耗也相应变化。这样通过使用特殊的电子测量仪器和数学统计方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。目前RF编程器可以直接读出老的型号的加密MCU中的程序，就是采用这个原理。

（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手段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保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保护电路而不会破坏受保护信息。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，然后观察、操控、干扰单片机以达到攻击目的。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。另外三种方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，因此非常廉价。大部分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，侵入型的探针攻击则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工程开始，积累的经验有助于开发更加廉价和快速的非侵入型攻击技术。