xilinx FPGA bit 文件加密

大家好，今天咱們聊聊 xilinx FPGA bit 文件加密 ，當(dāng)你的項(xiàng)目終于做完了，到了發(fā)布的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，為了防止自己的心血被別人利用，最好對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行bit加密。

首先咱們來了解一下加密的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)你的程序進(jìn)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(jiǎn)單設(shè)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(duì)手的逆向能力很強(qiáng)，比如說在FPGA上電加載bit的時(shí)候用邏輯分析儀把用bit文件“讀”出來，這個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置肯定就不行了。這時(shí)候可以使用AES256加密。

AES算法簡(jiǎn)介：AES即高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，是一種區(qū)塊加密，當(dāng)然也是對(duì)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(gè)128bit初始向量IV（startCBC），先利用初始向量IV與第一組數(shù)據(jù)進(jìn)行異或后再進(jìn)行加密運(yùn)算生成C1。將C1作為初始向量與第二組數(shù)據(jù)進(jìn)行異或后再進(jìn)行加密運(yùn)算生成C2。以此類推，當(dāng)最后一組數(shù)據(jù)加密完畢后，將加密結(jié)果拼接為最終結(jié)果，C = C1C2C3……Cn。 所以采用CBC模式的256AES需要兩個(gè)東西，128bit-startCBC和256bit-AES key。
到這里還沒完，完成了bit加密還沒有認(rèn)證，萬一別人把燒進(jìn)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(rèn)證，這個(gè)就跟校驗(yàn)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(gè)。這三個(gè)key可以自己生成，也可以指定空的 .nky文件，由軟件隨機(jī)生成好。

for example
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Device xc7a35t;
Key 0 0f2ec1178ae0d04c8c1431afe8266d08e799b01c5c486c2567f3621f47319aaf;
Key StartCBC a6262d508c338eeab815340a7832436d;
Key HMAC d82e72733a7bd7904c802d13db37187b8ad20b972ac163470c5a4d239bce6308;
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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(gè)寄存器，分別是存放AES秘鑰，用戶信息，設(shè)備DNA和eFUSE控制。下面特別關(guān)注一下eFUSE控制寄存器：

一共有6個(gè)bit有用，各種設(shè)置的優(yōu)缺點(diǎn)表里有詳細(xì)說明，使用參考設(shè)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(gè)key可以自己生成填進(jìn)去，也可以由軟件隨機(jī)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(shè)置




2. 下載eFUSE











3. 燒寫FPGA程序










4. 驗(yàn)證，讀出mcs然后燒到另一個(gè)FPGA里面去，可以看到不能工作。當(dāng)然，也可以在前面eFUSE設(shè)置時(shí)選擇只能加載AES加密的bit文件，這樣換一個(gè)不加密的bit下進(jìn)去也能驗(yàn)證。