《电子技术应用》

xilinx FPGA bit 文件加密

2018/5/28 18:15:09

  大家好,今天咱们聊聊 xilinx FPGA bit 文件加密 ,当你的项目终于做完了,到了发布的关键节点,为了防止自己的心血被别人利用,最好对产品进行bit加密。

  首先咱们来了解一下加密的优点,xilinx的V6和7全系列FPGA支持AES256加密,加密的好处: 1. 可以防止别人回读或者对你的程序进行逆向; 2. 防止更改烧写的bit文件。

  如果仅仅是防止回读,可以简单设置BITSTREAM.READBACK.SECURITY,其中LEVEL1是禁止回读,LEVEL2禁止回读和重新烧写FPGA。 但如果对手的逆向能力很强,比如说在FPGA上电加载bit的时候用逻辑分析仪把用bit文件“读”出来,这个简单的设置肯定就不行了。这时候可以使用AES256加密。

  AES算法简介:AES即高级加密标准,是一种区块加密,当然也是对称加密。区块固定为128bit,秘钥为128,192或256bit。AES有5种加密模式,xliinx采用的是CBC模式。有一个128bit初始向量IV(startCBC),先利用初始向量IV与第一组数据进行异或后再进行加密运算生成C1。将C1作为初始向量与第二组数据进行异或后再进行加密运算生成C2。以此类推,当最后一组数据加密完毕后,将加密结果拼接为最终结果,C = C1C2C3……Cn。 所以采用CBC模式的256AES需要两个东西,128bit-startCBC和256bit-AES key。

  到这里还没完,完成了bit加密还没有认证,万一别人把烧进去bit文件篡改了怎么办?(重新烧了新的bit文件)。所以xilinx又提供了HMAC的认证,这个就跟校验差不多了,检查消息的完整性。所以还需要提供256bit-HMAC,加上128bit-startCBC和256bit-AES key,一共是三个。这三个key可以自己生成,也可以指定空的 .nky文件,由软件随机生成好。

  for example

  ···

  Device xc7a35t;

  Key 0 0f2ec1178ae0d04c8c1431afe8266d08e799b01c5c486c2567f3621f47319aaf;

  Key StartCBC a6262d508c338eeab815340a7832436d;

  Key HMAC d82e72733a7bd7904c802d13db37187b8ad20b972ac163470c5a4d239bce6308;

  ···

  加密的AES key可以存到FPGA内部易失性的BBR或只能烧写一次(OTP)的eFUSE中。 BBR需要电池供电,可以多次编程。eFUSE不需要电池,但只能烧写一次。这里使用eFUSE.

  eFUSE寄存器

  首先来看一下eFUSE寄存器:

  113159ds1b841kbw8h8hsx.png

  一共有四个寄存器,分别是存放AES秘钥,用户信息,设备DNA和eFUSE控制。下面特别关注一下eFUSE控制寄存器:

  

1.png

  

2.png

  一共有6个bit有用,各种设置的优缺点表里有详细说明,使用参考设置101100就行了。 其中bit0很重要,万一置位了,AES的key又搞丢了,FPGA就变砖头了。

  具体的操作步骤如下:

  1. 生成key和加密bit

  下面三个key可以自己生成填进去,也可以由软件随机生成。

 

  要打开edit device properties,先要打开sythesized design 或者implement design,然后在generate bitstream右键设置

  

6.png

  2. 下载eFUSE

 

7.png

10.png

9.png

  3. 烧写FPGA程序

  

11.png

13.png

  4. 验证,读出mcs然后烧到另一个FPGA里面去,可以看到不能工作。当然,也可以在前面eFUSE设置时选择只能加载AES加密的bit文件,这样换一个不加密的bit下进去也能验证。

 


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