FPGA开发技能(7)Vivado设置bit文件加密
文章目录
- 前言
- 1. AES加密原理
- 2.xilinx的AES方案
- 3.加密流程
- 3.1生成加密的bit流
- 3.2将密钥写入eFUSE寄存器
- 4.验证结论
- 5.传送门
前言
在FPGA的项目发布的时候需要考虑项目工程加密的问题,一方面防止自己的心血被盗,另一方面也保护公司资产,保护知识产权。Xilinx的器件大概有两种加密方案,一种是本文介绍的AES加密算法,另一种则是利用multiboot配置和Device DNA,其大概是流程是,xilinx提供了读取Device DNA的原语,用户逻辑通过原语读取Device DNA然后与用户逻辑的加密模块做运算得到一个数字串,将该数字串与存放在Flash特定区域的密文做对比,如果一致证明该FPGA通过授权可以启动用户逻辑,如果失败则可设置不启动。存放在Flash特定区域的密文也是通过Device DNA与用户逻辑中的加密算法提前计算得到的。因为Flash不仅要存储密文还要存储bit流,因此需要用到multiboot配置。Xilinx7系列支持AES256加密算法,可以防止程序回读和逆向,杜绝用抄板的方式窃取劳动成果。 本文介绍AES加密算法的原理,加密操作的流程以及加密的作用。
1. AES加密原理
AES加密算法是一种对称加密算法,用于保证私密信息不被泄露,对称是指加密法和解密方使用的密钥是一致的。AES的Key支持三种长度:AES128,AES192,AES256 。xilinx采用AES256,使用密码块链接模式(Cipher Block Chaining mode,CBC mode)(AES有五种模式CBC是其中的一种)。 AES256的加密原理是把明文按照256bit拆分成若干个明文块,如果最后有数据不足256bit按照一定的方式来填充最后一个明文块。每一个明文块利用AES加密器和密钥,加密成密文块。拼接所有的密文块,成为最终的密文结果。从图中可以看出,CBC模式在每一个明文块加密前会让明文块和一个值先做异或操作。IV作为初始化变量,参与第一个明文块的异或,后续的每一个明文块和它前一个明文块所加密出的密文块相异或。由下图可以看到,实现AES256加密算法需要提供密钥、初始向量IV以及256bit-HMAC。HMAC是为了避免bit被篡改,HMAC(Hash-based Message Authentication Code,基于散列函数的消息认证码)是一种用于验证数据完整性和真实性的认证方法。它通过将数据与密钥进行散列处理,生成固定长度的认证码,然后将认证码与数据一起发送给接收方。接收方在接收到数据后使用相同的密钥和散列函数进行计算,然后比较生成的认证码是否一致,从而可以判断数据是否被篡改或伪造。HMAC认证可以有效防止数据在传输过程中被篡改或伪造,以确保数据的完整性和真实性。
2.xilinx的AES方案
以上介绍的是AES加密算法本身的原理,xilinx是如何利用这个加密算法的呢?
Xilinx可通过JTAG接口将用户指定的密钥(或者软件生成的,这里包括上一节提到的三个密钥)写入eFUSE寄存器(采用熔断丝技术一生只能写一次,且写且珍惜~),同时Vivado工具负责根据用户指定的密钥对bit流进行 AES加密。FPGA在加载加密后的bit流时,会根据用户设置的密钥通过片上的 AES解密逻辑电路进行 AES解密,从而还原得到器件可以识别的未加密bit流,从而被正确加载。具体的操作流程见下一节。
此外,Xilinx提供了几个寄存器配置选项,提供灵活的加密配置。如下图所示,7系列查看UG470,KU系列查看UG570,操作时按照下文推荐配置即可。需要注意eFUSE Control Register的CFG_AES_Only,如果该位被设置为1,则FPGA上电之后将强制进行解密操作,一旦bit流没有设置密钥或者密钥不正确,将不会被加载,因此一定慎用该寄存器,否则一旦密钥丢失,FPGA将变成废铁。
3.加密流程
3.1生成加密的bit流
①打开“Open Elaborated Design”,此时在“Generate Bitstream”右键才会出现下图中蓝色字体“Configure additional bitstream settings”,单击它
②设置使能bit流加密,设置选择密钥存储位置为EFUSE。这里可以手动指定三个密钥的值,这个选择不指定即不填写任何东西,软件工具将会自动生成。
③设置回读配置为LEVEL1即禁止回读。此处要注意,并不是禁止从Flash里面回读,也就是说通过JTAG接口在hardware manager中选择flash器件点击右键选择readback configuration memory device依然可以回读,这里是告诉配置工具在 FPGA 配置完成后不要自动读取配置数据进行校验。
④上述配置完成之后一定在Elaborated Design界面点击保存或者ctrl+s配置才能生效,保存后会发现xdc文件中多了两句话,然后重新生成bit流,在与bit文件同级的文件夹中将会出现与bit流同名但后缀是nky的文件,这就是软件自动生成的密钥文件。现在生成mcs文件并烧写进FPGA发现FPGA不会启动,这是因为FPGA内部还没有密钥,需要进行下一节的操作。
3.2将密钥写入eFUSE寄存器
①打开vivado软件,连接JTAG并上电,打开Open Hardware Manager,进入Hardware界面,点击Auto Connect。在芯片名字上右键,选择Program eFUSE Registers。
②勾选Enable AES key programming,选择上一节生成的后缀为nky的文件,然后选择next。
③勾选Enable control register programming,接着按照如图所示勾选,此处千万不能勾选出错,否则造成严重后果!然后点击next。
④最后一页无需勾选,按照默认next即可,最后单击finish。导出的后缀nkz的文件将记录eFUSE的密钥信息和相关寄存器的配置信息。
4.验证结论
准备两块一摸一样的板卡A和B,制作一个简单的测试程序。
①在A板卡上配置了eFUSE寄存器,并将密钥写入eFUSE寄存器,此时烧写不加密的bit文件或者mcs文件,都是可以正常工作,并且回读A中的MCS文件烧写到B,B可以正常工作。
②在A板卡按照上述第三节配置,配置了eFUSE寄存器,写入密钥,并设置禁止回读,发现仍然可以回读,证明xdc中设置的禁止回读并不是禁止从flash读回mcs文件。
③给A板卡写入密钥1,并将工程用密钥1生成bit流,此时回读工程写入B板卡,B板卡无法完成FPGA代码加载。这里可以看出加密的最重要的作用就是禁止回读后逆向。同样如果给B写入的密钥不是密钥1,那么显然B还是无法加载。
④给A板卡在不写入密钥的情况下烧写加密的bit文件,FPGA无法完成加载。
5.传送门
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C++中main函数的参数、返回值分别什么意思?main函数返回值跟普通函数返回值一样吗?
在C中,main函数是程序的入口点,即程序开始执行的地方。main函数可以有两种形式的签名(signature): 标准的main函数,不接受任何参数,也不返回任何值: int main() {// 代码... }带有参…...
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解决 macOS 中“无法验证开发者”的问题
解决 macOS 中“无法验证开发者”的问题 在使用 macOS 系统时,你可能会遇到一个常见的问题:当你尝试安装或打开某些应用程序时,系统会弹出一个警告,提示“无法验证开发者”。这通常发生在从非官方 App Store 下载的应用程序上。本…...
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【文档+源码+调试讲解】科研经费管理系统
目 录 目 录 摘 要 ABSTRACT 1 绪论 1.1 课题背景 1.2 研究现状 1.3 研究内容 2 系统开发环境 2.1 vue技术 2.2 JAVA技术 2.3 MYSQL数据库 2.4 B/S结构 2.5 SSM框架技术 3 系统分析 3.1 可行性分析 3.1.1 技术可行性 3.1.2 操作可行性 3.1.3 经济可行性 3.1…...
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合同网协议实现无人机分布式任务分配的原理介绍和代码逻辑框架
无人机任务分配领域中的合同网协议(Contract Net Protocol, CNP)算法是一种基于协商机制的协作方法,该算法模拟了人类商业活动中的招标-投标-中标过程,通过节点之间的招投标机制进行任务分配,旨在使系统以较低的代价、…...
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数据结构历年考研真题对应知识点(数组和特殊矩阵)
目录 3.4数组和特殊矩阵 3.4.2数组的存储结构 【二维数组按行优先存储的下标对应关系(2021)】 3.4.3特殊矩阵的压缩存储 【对称矩阵压缩存储的下标对应关系(2018、2020)】 【上三角矩阵采用行优先存储的应用(2011)】 【三对角矩阵压缩存储的下标对应关系(2016)】 3.4.…...
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【Qt+opencv】图片与视频的操作
文章目录 前言图片的操作图片的读取图片的写入示例代码 视频的操作打开视频关闭视频 总结 前言 在现代计算机视觉应用中,图像和视频处理起着至关重要的作用。这些应用范围广泛,包括图像识别、物体跟踪、3D建模等。为了实现这些功能,我们需要…...
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【 木兰宽松许可证】
木兰宽松许可证, 第1版 2019年8月 http://license.coscl.org.cn/MulanPSL 您对“软件”的复制、使用、修改及分发受木兰宽松许可证,第1版(“本许可证”)的如下条款的约束: 定义 “软件”是指由“贡献”构成的许可在“本…...
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麻省理工学院展示新型MIMO无线接收器架构可有效阻断空间干扰
盖世汽车讯 高速无线通信设备日益普及,如5G手机和自动驾驶汽车传感器,导致无线电波越来越拥挤。因此,屏蔽可能影响设备性能的干扰信号变得越来越重要,也更具挑战性。据外媒报道,麻省理工学院的研究人员展示新型毫米波多输入多输出(MIMO)无线接收器架构,相较于以往设计可以…...
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ECMAScript 详解
ECMAScript 详解 ECMAScript(ES)是JavaScript的标准化脚本语言,由ECMA国际通过ECMA-262标准进行规范。ECMAScript定义了语法、类型、对象模型和内置对象等基本特性,是JavaScript、JScript和ActionScript等语言的核心部分。 以下…...
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MySQL8找不到my.ini配置文件以及报sql_mode=only_full_group_by解决方案
一、找不到my.ini配置文件 MySQL 8 安装或启动过程中,如果系统找不到my.ini文件,通常意味着 MySQL服务器没有找到其配置文件。在Windows系统上,MySQL 8 预期使用my.ini作为配置文件,而不是在某些情况下用到的my.cnf文件。 通过 …...
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第八课,分支语句嵌套、随机数函数、初识while循环
一,分支结构的嵌套语法 在 Python 中,分支结构可以嵌套,这意味着你可以在一个条件语句中包含另一个条件语句。嵌套的分支结构可以让你更灵活地控制程序的逻辑流程。 怎么理解呢?打个比方:放学后,请三年级…...
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技术贴 | Query 物理计划构建指南
在往期博客《执行器 - Query 执行详解》中,我们介绍到到一条 Query 的 SQL 语句需要经过:词法分析 —— 生成 AST 语法树 —— 生成物理计划。本期博客我们接续上篇讲解一条 Query 语句物理计划的具体结构,以及如何构建物理计划。 物理计划是…...
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【EXCEL_VBA_基础知识】11 使用VBA数组
课程来源:王佩丰老师的《王佩丰学VBA视频教程》,如有侵权,请联系删除! 当循环中大量使用需多次计算表达式时,可利用数组简化并提升效率(底层逻辑:只算一次,然后结果暂存,…...