硬件加密芯片介紹及加密芯片選擇(加密IC)加密芯片原理

前端時間有研究多款加密芯片，加密算法實現(xiàn)，以及破解可能，也有一些個人的觀點，僅供參考。

一，加密芯片的來源及工作流程：

市面上的加密芯片，基本都是基于某款單片機，使用I2C或SPI等通訊，使用復雜加密算法加密來實現(xiàn)的，流程大致如下：

主控芯片生成隨機碼 --> 主控芯片給加密芯片發(fā)送明文 --> 加密芯片通過加密算法對明文進行加密生成密文 --> 加密芯片返回密文給主控芯片 --> 主控芯片對密文進行解密生成解密值 --> 主控芯片對解密值與之前明文進行對比， 比較值一致則認證通過（認證不通過可進行關機操作）；

（用戶一般需要集成加密芯片商提供的解密庫文件，調用指定庫文件接口，來實現(xiàn)解密）

目前市面上的加密芯片種類繁多，從幾毛錢到十幾塊錢價格不等；

二，不同類型加密芯片主要區(qū)別：

1）加密算法實現(xiàn)不同：各種加密芯片都是廠家根據(jù)需求選擇自己偏好的加密算法，進行更改適配，或者直接使用自己自定義的算法進行加密，常見算法介紹及比較詳見附錄1；

2）封裝不同，常見的加密芯片封裝有：SOT-23-3，SOT23-6，SOP-8、SOIC-8等；根據(jù)板段的設計可選擇不同的封裝對應的芯片；

3）其他區(qū)別：傳輸協(xié)議（I2C、SPI、UART、或者廠家自定義協(xié)議）不同，認證速率可靠性不同，開發(fā)適配難度差異等；

三，加密芯片的應用：

加密芯片一般廣泛應用于給電子產品，防止抄板防止破解，部分常用產品（相機，監(jiān)控攝像頭，兒童數(shù)碼玩具，行車記錄儀，游戲機教育機，執(zhí)法記錄儀，安防設備，平板電腦，對講機，會議系統(tǒng)，以及其他各種系統(tǒng)電子產品，行業(yè)工控機等產品）；

四，加密芯片破解的基本操作：

加密芯片破解，一般破解公司會通過抓取明文以及密文內容，通過讀取大量不同的明文和密文值，進行算法分析和破解，當耗費大量時間經歷將加密算法分析出來后，另選一個相同封裝尺寸的加密芯片，集成破解算法后替換原有加密芯片；

備注：特別需要注意的是，明文的發(fā)送，建議使用真正的不可預知的隨機數(shù)進行發(fā)送（如果每次都發(fā)送固定的幾組明文，破解人員只需將該明文對應密文抓取出來，收到明文返回對應密文即可完成破解），建議在代碼多個地方進行加密認證；在明文真正做到隨機數(shù)的情況下，破解難度就取決于加密算法的復雜程度了；當然也會有其他更安全的因素可以提高破解風險，在此就不過多論述了；

五，加密芯片的如何選擇（僅個人認為）：

1）價錢：在產品量大情況下，建議選擇便宜的加密芯片，大批量產品價格能夠在一元一下會比較合適（當然越便宜越好）；

2）安全性：不同加密芯片，主要卻別在于所選單片機不一樣，加密芯片開發(fā)人員不一樣，加密方式實現(xiàn)的差異；只要加密芯片實現(xiàn)方式上沒有很大漏洞，以及加密算法不過于簡單，所選加密芯片基本會有一定安全性， 大品牌加密方式復雜但破解者也更多，相比而言亦不占優(yōu)勢，小品牌不知名加密芯片加密算法復雜性可能欠缺但無人破解，相對也會有一定安全性；

3）其他：①加密芯片最好選擇有私有密鑰的（這樣針對不同客戶的加密芯片就會有區(qū)別）；②如果可能可以與加密芯片提供方要求，在原有加密算法基礎上，集成一部分自己的數(shù)學運算進入到加密芯片算法內，以提高加密性；③如果對認證速率有要求最好選擇認證速率相對較快的芯片，這樣不會影響到開機速度和系統(tǒng)運行；

之前使用過淘寶“CC020加密芯片”性價比相對較高（另一篇文章有介紹如何適配），對于加密芯片如何選擇不做具體推薦，選擇哪款加密芯片視個人情況進行篩選；

附錄1）常見算法介紹及比較：

A）其中市面常見的加密算法如下：

①MD5算法：MD5 用的是 哈希函數(shù)，它的典型應用是對一段信息產生 信息摘要，以 防止被篡改。嚴格來說，MD5 不是一種 加密算法 而是 摘要算法。無論是多長的輸入，MD5 都會輸出長度為 128bits 的一個串 (通常用 16 進制 表示為 32 個字符)。

②SHA1算法：SHA1 是和 MD5 一樣流行的 消息摘要算法，對于長度小于 2 ^ 64 位的消息，SHA1 會產生一個160 位的 消息摘要?；?MD5、SHA1 的信息摘要特性以及 不可逆 (一般而言)，可以被應用在檢查 文件完整性 以及 數(shù)字簽名 等場景；

③HMAC算法：HMAC 是密鑰相關的 哈希運算消息認證碼（Hash-based Message Authentication Code），HMAC 運算利用 哈希算法 (MD5、SHA1 等)，以 一個密鑰 和 一個消息 為輸入，生成一個 消息摘要 作為 輸出。

④DES算法：DES 加密算法是一種 分組密碼，以 64 位為 分組對數(shù)據(jù) 加密，它的 密鑰長度 是 56 位，加密解密 用 同一算法。DES 加密算法是對 密鑰 進行保密，而 公開算法，包括加密和解密算法。這樣，只有掌握了和發(fā)送方 相同密鑰 的人才能解讀由 DES加密算法加密的密文數(shù)據(jù)。因此，破譯 DES 加密算法實際上就是 搜索密鑰的編碼。對于 56 位長度的 密鑰 來說，如果用 窮舉法 來進行搜索的話，其運算次數(shù)為 2 ^ 56 次。

⑤3DES算法：是基于 DES 的 對稱算法，對 一塊數(shù)據(jù) 用 三個不同的密鑰 進行 三次加密，強度更高。

⑥AES 加密算法是密碼學中的 高級加密標準，該加密算法采用 對稱分組密碼體制，密鑰長度的最少支持為 128 位、 192 位、256 位，分組長度 128 位，算法應易于各種硬件和軟件實現(xiàn)。這種加密算法是美國聯(lián)邦政府采用的 區(qū)塊加密標準。AES 本身就是為了取代 DES 的，AES 具有更好的 安全性、效率 和 靈活性。

⑦RSA算法：RSA 加密算法是目前最有影響力的 公鑰加密算法，并且被普遍認為是目前 最優(yōu)秀的公鑰方案 之一。RSA 是第一個能同時用于 加密 和 數(shù)字簽名 的算法，它能夠 抵抗 到目前為止已知的 所有密碼攻擊，已被 ISO 推薦為公鑰數(shù)據(jù)加密標準。

⑧ECC算法：

ECC 也是一種 非對稱加密算法，主要優(yōu)勢是在某些情況下，它比其他的方法使用 更小的密鑰，比如 RSA 加密算法，提供 相當?shù)幕蚋叩燃?的安全級別。不過一個缺點是 加密和解密操作 的實現(xiàn)比其他機制 時間長 (相比 RSA 算法，該算法對 CPU 消耗嚴重)。

B）加密算法對比：

附圖1_1：散列算法比較 ：

附圖1_2：對稱加密算法比較 ：

附圖1_3：非對稱加密算法比較：

審核編輯：湯梓紅