由于固化在片外EPROM 里的單片機程序容易復制,所以,如不在技術(shù)上采取保護措施,則程序中所采用的處理方法易被他人分析仿制。對單片機程序進(jìn)行加密是一種有效的保護措施,也是一項實(shí)用的技術(shù)。雖然本身帶有EPROM 的單片機可做到程序保密,但由于價(jià)格和存儲容量方面的原因,用戶(hù)仍常常采用外接EPROM 的單片機來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。
本文以MCS - 51 單片機為例介紹一種對片外E2PROM 里的程序進(jìn)行軟件加密和硬件解密的方法。這種方法不增加用戶(hù)應用程序開(kāi)銷(xiāo)。
1 基本原理
我們知道,異或運算有這樣的特點(diǎn): A Y B Y B =A ,亦即當用變量B 對變量A 作偶數次異或運算后,其結果恢復為變量A。例如A = 32H , B = 5EH ,則AY B 的結果為6CH ,該結果再與變量B 作異或運算,即6CH Y 5EH 就得到變量A 的值32H。因此,我們可以利用這一特點(diǎn)給單片機程序加密和解密。
51 系列單片機在對外部程序存儲器ROM 和外部數據存儲器RAM 操作時(shí)采用兩套不同的指令,在對RAM 操作時(shí)用MOVX指令,并產(chǎn)生相應的讀(RD) 和寫(xiě)(WR) 信號,而當對外部ROM 進(jìn)行讀操作時(shí)不用RD信號,而是有一條專(zhuān)給外部ROM 使用的“讀”數控制信號(PSEN) 線(xiàn)。亦即外部RAM 和ROM 的控制信號是嚴格分開(kāi)的。這就為利用異或運算給外部ROM里的程序進(jìn)行加密后固化、解密后執行提供了條件。
這種方法的思路是:首先對欲固化到外部ROM里的目的代碼(原代碼) 進(jìn)行第一次異或運算(加密) ,再把加密后的代碼固化到ROM 里,程序運行時(shí)由硬件對從ROM 讀出的加密代碼進(jìn)行第二次異或運算(解密) 變?yōu)樵a后送到數據總線(xiàn)。這樣,外部ROM
里固化的是加密代碼,即便該代碼被復制也反匯編不出原程序。另外該程序的執行還需相應的解密電路支持。
圖1 是可以在實(shí)際中應用的單片機解密電路。當CPU 對片外EPROM(U04) 進(jìn)行“讀”操作時(shí),控制信號PSEN為低電平,這時(shí)U04 送出八位加密代碼(RD0～RD7) 并和“密鑰”經(jīng)由U05 、U06 組成的異或運算電路作第二次異或運算(解密) 得到原代碼,該代碼經(jīng)三
態(tài)緩沖器(U07) 由PSEN信號控制送入數據總線(xiàn)。由于電路中已將單片機的EA腳接地,故片外EPROM 的最低地址為0 。另外,與RD0～RD7 一起參與異或運算的另一個(gè)數據(“密鑰”) 取自當前待解密代碼在外部EPROM所在存儲單元的低八位地址,并從高位到低位按A0 A2 A4 A6 A1 A3 A5 A7 的順序組合成新的數據。例如,原地址分別為35H 和36H ,組合后的地址則分別為E2H 和6AH。采用這樣的方法確定“密鑰”,一是可使一頁(yè)中的代碼中“密鑰”不重復,二是由于同頁(yè)中的代碼字節的“密鑰”都不同,故很難找到加密規律,可增加破譯難度。
2 操作過(guò)程
現以SICE 通用單片機仿真器為例說(shuō)明制作加密程序并固化到片外EPROM 里的操作過(guò)程。設程序一是一個(gè)待固化到片外EPROM 里執行的用戶(hù)應用程序。為簡(jiǎn)便起見(jiàn),它對外部RAM 的前256 個(gè)單元賦于相應的低地址后轉入死循環(huán)。因為仿真器的出借RAM 為從8000H 開(kāi)始的24K空間,故應根據程序大小用偽指令把最低地址定位在8000H～DFFFH的24K空間里(如程序一中的ORG 8000H) ,否則,無(wú)法直接對該程序的目的碼進(jìn)行第一次異或運算。
程序二是對程序一的目的代碼(存放于仿真RAM的8000H～804AH 中共4BH 個(gè)字節) 進(jìn)行第一次異或加密運算的。要加密的總代碼字節數由程序一經(jīng)匯編后得知。該程序中“密鑰”的計算應與硬件電路中送到解密電路的低八位地址線(xiàn)的連接關(guān)系相一致。
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