如何對xilinx FPGA進行bit文件加密

加密的優(yōu)點

xilinx的V6和7全系列FPGA支持AES256加密，加密的好處：

1，可以防止別人回讀或者對你的程序進行逆向；

2，防止更改燒寫的bit文件。

如果僅僅是防止回讀，可以簡單設置BITSTREAM.READBACK.SECURITY，其中LEVEL1是禁止回讀，LEVEL2禁止回讀和重新燒寫FPGA。

但如果對手的逆向能力很強，比如說在FPGA上電加載bit的時候用邏輯分析儀把用bit文件“讀”出來，這個簡單的設置肯定就不行了。這時候可以使用AES256加密。

AES算法簡介：

AES即高級加密標準，是一種區(qū)塊加密，當然也是對稱加密。區(qū)塊固定為128bit，秘鑰為128，192或256bit。AES有5種加密模式，xliinx采用的是CBC模式。有一個128bit初始向量IV（startCBC），先利用初始向量IV與第一組數(shù)據(jù)進行異或后再進行加密運算生成C1。將C1作為初始向量與第二組數(shù)據(jù)進行異或后再進行加密運算生成C2。以此類推，當最后一組數(shù)據(jù)加密完畢后，將加密結果拼接為最終結果，C = C1C2C3……Cn。

所以采用CBC模式的256AES需要兩個東西，128bit-startCBC和256bit-AES key。

到這里還沒完，完成了bit加密還沒有認證，萬一別人把燒進去bit文件篡改了怎么辦？（重新燒了新的bit文件）。所以xilinx又提供了HMAC的認證，這個就跟校驗差不多了，檢查消息的完整性。

所以還需要提供256bit-HMAC，加上128bit-startCBC和256bit-AES key，一共是三個。這三個key可以自己生成，也可以指定空的 .nky文件，由軟件隨機生成好。

加密的AES key可以存到FPGA內(nèi)部易失性的BBR或只能燒寫一次（OTP）的eFUSE中。

BBR需要電池供電，可以多次編程。eFUSE不需要電池，但只能燒寫一次。這里使用eFUSE

eFUSE寄存器

首先來看一下eFUSE寄存器：

一共有四個寄存器，分別是存放AES秘鑰，用戶信息，設備DNA和eFUSE控制。下面特別關注一下eFUSE控制寄存器：

一共有6個bit有用，各種設置的優(yōu)缺點表里有詳細說明，使用參考設置101100就行了。

其中bit0很重要，萬一置位了，AES的key又搞丟了，F(xiàn)PGA就變磚頭了。

具體的操作步驟如下：

1生成key和加密bit

下面三個key可以自己生成填進去，也可以由軟件隨機生成。

要打開edit device properties,先要打開sythesized design 或者implement design，然后在generate bitstream右鍵設置

2下載eFUSE

3燒寫FPGA程序

program

4驗證

很簡單，讀出mcs然后燒到另一個FPGA里面去，可以看到不能工作。當然，也可以在前面eFUSE設置時選擇只能加載AES加密的bit文件，這樣換一個不加密的bit下進去也能驗證。

審核編輯 ：李倩