嵌入式分享合集39

今天又来合集了... 然后最后还要说说加密  做嵌入式的总需要防破解弄个加密芯片啥的 没办法...

一、解决RFID噪声

射频标签（RFID）是一项伟大的技术，但是有噪声的电源和其它一些因数可能会降低其性能。采用低频信号（比如130kHz）的RFID阅读器，如业内常用的TIRIS RFM-007B，对这个频率范围内的噪声就非常敏感。开关电源经常会产生这个频率范围内的噪声，因此为了得到最大的灵敏度，通常需要使用较重的、昂贵的线性电源。

然而，RFID阅读器的工作周期包含多个阶段，只有一个阶段对噪声敏感。这几个阶段分别是：大功率阶段（发射，功率10W，持续时间50ms）；低功率阶段（接收，18ms）；空闲阶段（最长33ms，取决于固件）。噪声只是在时间很短的接收阶段出现的问题。

本设计实例在接收和空闲阶段关闭了开关电源，让模块使用C2中存储的能量继续工作。

图1：选择性关闭电源的RFID。

像LM2576这样的降压转换器都有一个关断输入引脚，使得上述操作很容易实现。

MCU的RFID模块发射控制线（/TXCT）通过U3和Q1也可以控制关断线，若是需要还可以采用独立的MCU输出来控制关断线。

图2：典型的电源工作周期时序。

叉车经常使用RFID进行位置检测，从而实现自动物流以及限速等安全功能。

电动叉车所处环境的噪声特别大，电机驱动中所产生的高频调制大电流使RFID工作起来相当困难。若是使用本文介绍的控制技术，使RFID周期与修改后的电机驱动周期保持同步，由电机驱动干扰引起的灵敏度降低的问题就可以得到极大的改善。  whaosoft aiot http://143ai.com

二、阻抗匹配

什么是阻抗

在电学中，常把对电路中电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗单位为欧姆，常用Z表示，是一个复数Z= R+i( ωL–1/(ωC))

具体说来阻抗可分为两个部分，电阻（实部）和电抗（虚部）。

其中电抗又包括容抗和感抗，由电容引起的电流阻碍称为容抗，由电感引起的电流阻碍称为感抗。

阻抗匹配的理想模型

射频工程师大都遇到过匹配阻抗的问题，通俗的讲，阻抗匹配的目的是确保能实现信号或能量从“信号源”到“负载”的有效传送

其最最理想模型当然是希望Source端的输出阻抗为50欧姆，传输线的阻抗为50欧姆，Load端的输入阻抗也是50欧姆，一路50欧姆下去，这是最理想的。

然而实际情况是：源端阻抗不会是50ohm，负载端阻抗也不会是50ohm，这个时候就需要若干个阻抗匹配电路

而匹配电路就是由电感和电容所构成，这个时候我们就需要使用电容和电感来进行阻抗匹配电路调试，以达到RF性能最优。

阻抗匹配的方法

阻抗匹配的方法主要有两个，一是改变阻抗力，二是调整传输线。

改变阻抗力就是通过电容、电感与负载的串并联调整负载阻抗值，以达到源和负载阻抗匹配。

调整传输线是加长源和负载间的距离，配合电容和电感把阻抗力调整为零。

此时信号不会发生发射，能量都能被负载吸收。

高速PCB布线中，一般把数字信号的走线阻抗设计为50欧姆。一般规定同轴电缆基带50欧姆，频带75欧姆，对绞线（差分）为85-100欧姆。

Smith圆图在RF匹配电路调试中的应用

Smith圆图上可以反映出如下信息： 阻抗参数Z，导纳参数Y，品质因子Q，反射系数，驻波系数，噪声系数，增益，稳定因子，功率，效率，频率信息等抗等参数。

是不是一脸懵，我们还是来看阻抗圆图吧：

 

阻抗圆图的构图原理是利用输入阻抗与电压反射系数之间的一一对应关系，将归一化输入阻抗表示在反射系数极坐标系中，其特点归纳如下：

1.上半圆阻抗为感抗，下半圆阻抗为容抗；

2.实轴为纯电阻，单位圆为纯电抗；

3.实轴的右半轴皆为电压波腹点（除开路点），左半轴皆为电压波节点（除短路点）；

4.匹配点（1，0），开路点（∞，∞）和短路点（0，0）；

5.两个特殊圆:最大的为纯电抗圆，与虚轴相切的为匹配圆；

6.两个旋转方向:逆时针转为向负载移动，顺时针转为向波源移动。

导纳圆图与阻抗圆图互为中心对称，同一张圆图，即可以当作阻抗圆图来用，也可以当作导纳圆图来用，但是在进行每一次操作时，若作为阻抗圆图用则不能作为导纳圆图。

Smith圆图中，能表示出一些很有意思的特征：

在负载之前串联或并联一个可变电感/电容，电路图如下图左侧4个图所示，将得到Smith圆图上右侧的几条曲线。对应Smith阻抗圆及导纳圆，其运动轨迹如下：

1、使用Smith阻抗圆时，串联电感顺时针转，串联电容逆时针转；

2、使用Smith导纳圆时，并联电感，逆时针转，并联电容顺时针转。

三、单片机程序加密

为了防止大家的程序不被剽窃，本文给大家分享单片机加密的方法。攻防不分家

常见加密方法

程序写保护

    这种方法是最常见，也是最简单的一种。现在的MCU基本都有写保护功能，但是这种容易被人破解。

烧断数据总线

    这个方法听起来不错，但有损坏的风险，同样也能破解。

软件加密

    是一些防止别人读懂程序的方法，单一的这种方法不能防止别人全盘复制，须配合其他的加密算法。

添加外部硬件电路的加密方法

    这个方法效果看起来比较好，但会增加成本。

芯片打磨改型

    这个方法改了型号能误导，但同时也增加成本，解密者一般也能分析出来。

通过通过联网加序列号加密

    通过连接网络，在你的MCU中生成一个唯一的随机长序列号，并加入复杂的特种算法，或加入你们重新编码的企业信息在里面，每个芯片内不同，复制者只能复制到一个序列号。

通过MCU唯一的标识加密

    以前很多MCU没有唯一标识码，现在的很多MCU都具有唯一标识码了。

    这个方法比较好，简单省事，能很好的防止复制。

读保护 + 唯一ID加密

    使用读保护 + 唯一ID的加密是最常用的一种方法，也是推荐大家使用的一种方法。

唯一ID

    现在正规的芯片，每颗出厂的时候都带了一个唯一标识码，这个号码是唯一不重复的，比如STM32的就使用96位作为唯一ID。

    和我们每个人的身份证号码一样，现在刚出生的婴儿，上户的时候就给他一个身份证号，那么每个芯片一生产出来，也就具备了这个身份证号。

加密原理

    读保护就不用说了，增加被破解难度。

    使用唯一ID加密的方法很多，这里说一种简单的方法：出厂时程序读取唯一ID并保存在一个位置，以后程序执行之前，要读取并匹配这个唯一ID，一致才执行程序。

    当然，这种方法是最基础的原理，但也存在被破解的风险。所以，存储的数据，以及读取验证这两个地方需要进一步添加一些算法。

    这样操作之后，即使别人读取了你的程序，也是无法正常执行。

最后在说说

单片机加密、解密

    单片机（MCU）一般都有内部程序区和数据区（或者其一）供用户存放程序和工作数据（或者其一）。为了防止未经授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，这就叫单片机加密。

    单片机程序基本上都存在于Flash中，大部分能够读取或者识别Flash上的数据就能够获得固件文件，从而给复制产品带来了机会。

    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。

    单片机解密又叫单片机破解、芯片解密、IC解密，但是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。单片机只是能装载程序芯片的其中一个类。

    能烧录程序并能加密的芯片还有 DSP、CPLD、PLD、AVR、ARM等。当然具有存储功能的存储器芯片也能加密，比如DS2401、DS2501、AT88S0104、DM2602、AT88SC0104D等，当中也有专门设计有加密算法用于专业加密的芯片或设计验证厂家代码工作等功能芯片，该类芯片也能实现防止电子产品复制的目的。

单片机解密方法

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。

    比如一个典型事例是对早期XXX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，来做软件解密。

    还有比如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FFFF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。

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。

    该办法就是使得单片机异常运行从而使得单片机处于非保护状态。

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。

    如果芯片内部都完全暴露了，那么芯片相当于在裸奔！

单片机解密分类

    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。

侵入式解密过程

    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。第二种方法除了需要具备攻击者一定的知识和必要的技能外，还需要个人的智慧和耐心，但操作起来相对比较方便，完全实验室中操作。

    芯片上面的塑料可以用小刀揭开，芯片周围的环氧树脂可以用浓硝酸腐蚀掉。热的浓硝酸会溶解掉芯片封装而不会影响芯片及连线。该过程一般在非常干燥的条件下进行，因为水的存在可能会侵蚀已暴露的铝线连接 （这就可能造成解密失败）。

    接着在超声池里先用丙酮清洗该芯片以除去残余硝酸，并浸泡。

    最后一步是寻找保护熔丝的位置并将保护熔丝暴露在紫外光下。一般用一台放大倍数至少100倍的显微镜，从编程电压输入脚的连线跟踪进去，来寻找保护熔丝。若没有显微镜，则采用将芯片的不同部分暴露到紫外光下并观察结果的方式进行简单的搜索。

    操作时应用不透明的物体覆盖芯片以保护程序存储器不被紫外光擦除。将保护熔丝暴露在紫外光下５～10分钟就能破坏掉保护位的保护作用，之后，使用简单的编程器就 可直接读出程序存储器的内容。

    对于使用了防护层来保护EEPROM单元的单片机来说，使用紫外光复位保护电路是不可行的。对于这种类型的单片机，一般使用微探针技术来读取存储器内容。在芯片封装打开后，将芯片置于显微镜下就能够很容易的找到从存储器连到电路其它部分的数据总线。

    由于某种原因，芯片锁定位在编程模式下并不锁定对存储器的访问。利用这一缺陷将探针放在数据线的上面就能读到所有想要的数据。在编程模式下，重启读过程并连接探针到另外的数据线上就可以读出程序和数据存储器中的所有信息。

    还有一种可能的攻击手段是借助显微镜和激光切割机等设备来寻找保护熔丝，从而寻查和这部分电路相联系的所有信号线。

    由于设计有缺陷，因此，只要切断从保护熔丝到其它电路的某一根信号线（或切割掉整个加密电路）或连接1～3根金线（通常称 FIB：focused ion beam），就能禁止整个保护功能，这样使用简单的编程器就能直接读出程序存储器的内容。

    虽然大多数普通单片机都具有熔丝烧断保护单片机内代码的功能，但由于通用低档的单片机并非定位于制作安全类产品，因此，它们往往没有提供有针对性的防范措施且安全级别较低。

    加上单片机应用场合广泛，销售量大，厂商间委托加工与技术转让频繁，大量技术资料外泻，使得利用该类芯片的设计漏洞和厂商的测试接口，并通过修改熔丝保护位等侵入型攻击或非侵入型攻击手段来读取单片机的内部程序变得比较容易。

对单片机加密几点建议

    任何一款单片机从理论上讲，攻击者均可利用足够的投资和时间使用以上方法来解密。这是系统设计者应该始终牢记的基本原则。

    因此，作为电子产品的设计工程师非常有必要了解当前单片机攻击的最新技术，做到知己知彼，心中有数，才能有效防止自己花费大量金钱和时间辛辛苦苦设计出来的产品被人家一夜之间仿冒的事情发生。

    下面是根据某公司的解密实践提出的建议：

• 在选定加密芯片前，要充分调研，了解单片机破解技术的新进展，包括哪些单片机是已经确认可以破解的。尽量不选用已可破解或同系列、同型号的芯片选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机。

• 对于安全性要求高的项目，尽量不要使用普及程度最高，被研究得也最透的芯片。

• 产品的原创者，一般具有产量大的特点，所以可选用比较生僻、偏冷门的单片机来加大仿冒者采购的难度，选用一些生僻的单片机。

• 在设计成本许可的条件下，应选用具有硬件自毁功能的智能卡芯片，以有效对付物理攻击；另外程序设计的时候，加入时间到计时功能，比如使用到1年，自动停止所有功能的运行，这样会增加破解者的成本。

• 如果条件许可，可采用两片不同型号单片机互为备份，相互验证，从而增加破解成本。

• 打磨掉芯片型号等信息或者重新印上其它的型号，以假乱真。

• 可以利用单片机未公开,未被利用的标志位或单元,作为软件标志位。

• 你应在程序区写上你的大名单位开发时间及仿制必究的说法，以备获得法律保护；另外写上你的大名的时候，可以是随机的，也就是说，采用某种算法，外部不同条件下，你的名字不同，比如www.XXXXX.com、www.XXXXX.cn、 www.XXXXX.com.cn等，这样比较难反汇编修改。

• 采用高档的编程器，烧断内部的部分管脚，还可以采用自制的设备烧断金线，这个目前国内几乎不能解密，即使解密，也需要上万的费用，需要多个母片。

• 采用保密硅胶（环氧树脂灌封胶）封住整个电路板，PCB上多一些没有用途的焊盘，在硅胶中还可以掺杂一些没有用途的元件，同时把MCU周围电路的电子元件尽量抹掉型号。

• 可以用编程器把空白区域中的FF改成00，也就是把一些未使用的空间都填充好,这样一般解密器也就找不到芯片中的空位,也就无法执行以后的解密操作。

    当然，要想从根本上防止单片机被解密，那是不可能的，加密技术不断发展，解密技术也不断发展，现在不管哪个单片机，只要有人肯出钱去做，基本都可以做出来，只不过代价高低和周期长短的问题，编程者还可以从法律的途径对自己的开发作出保护，比如专利。