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问 单片机破*解的常用方法及应对策略
摘要：介绍了单片机内部密码破*解的常用方法，重点说明了侵*入*型攻*击／物理*攻*击方法的详细步骤，最后，从应用角度出发，提出了对付破*解的几点建议。
１　引言
单片机（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）一般都有内部ＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／ＦＬＡＳＨ供用户存放程序。为了防止未经授权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，这就是所谓拷贝保护或者说锁定功能。事实上，这样的保护措施很脆弱，很容易被破*解。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。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。
２　单片机攻击技术
目前，攻击单片机主要有四种技术，分别是：
（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。软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期ＡＴＭＥＬ ＡＴ８９Ｃ 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。
（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。
（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。
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。
３　侵入型攻击的一般过程
侵入型攻击的第一步是揭去芯片封装。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。
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。
接着在超声池里先用丙酮清洗该芯片以除去残余硝酸，然后用清水清洗以除去盐分并干燥。没有超声池，一般就跳过这一步。这种情况下，芯片表面会有点脏，但是不太影响紫外光对芯片的操作效果。
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纸片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，就能禁止整个保护功能。由于某种原因，这根线离其它的线非常远，所以使用激光切割机完全可以切断这根线而不影响临近线。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。
４ 应对单片机破*解的几点建议
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攻破。所以，在用单片机做加密认证或设计系统时，应尽量加大攻击者的攻击成本和所耗费的时间。这是系统设计者应该始终牢记的基本原则。除此之外，还应注意以下几点：
（１）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。
（２）尽量不要选用ＭＣＳ５１系列单片机，因为该单片机在国内的普及程度最高，被研究得也最透。
（３）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。
（４）选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机，如ＡＴＭＥＬ ＡＶＲ系列单片机等。
（５）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。
（６）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。
（７）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。
当然，要想从根本上防止单片机被解*密，程序被盗版等侵权行为发生，只能依靠法律手段来保障。  答 1: 呵呵，贴过好多次了~ 答 2: 顶！！ 答 3: 太好了！ 答 4: 一般没办法...病人是瞒不过大夫的...当然瞒过"赤脚医生"还行... 答 5: ＡＶＲ解起来更方便 答 6: 真金不怕火炼我希望很多朋友不要一提到什么关于破解之类的就说什么什么坏，什么什么恨，什么什么叫班主封贴啊。。。。
   我也是搞设计的，我不是什么搞jie mi的
我说这些话的目的是想问那些恨jie mi的朋友：你们可曾问过自己：我的产品为什么会这么容易被jie mi了？
   说句心理话，如过没有人在BBS上谈论这个话题，又有多少以后的朋友了解哪款芯片的加密性能好呢。
   好的产品都是在坏的基础上而——真金不怕火炼。如果我是版主，我就不会去封那些有关jie mi的帖字了，（因为从我的角度看你们就是无能，你们害怕好的东西比不过坏的东西，以一种眼不见为净的心态去解决此事）拿出来看看这电子世界里是jie mi者厉害还是我们这些加mi者厉害。虽然我没有这个本事，但要去面对现实。
   我说了这么多，知道得罪了不少朋友。希望你们坦诚相言。
我愿接受各位的批评 答 7: 菲力浦求教各位大侠，谁能解菲力浦P87C51RA2BN和P89C51RA2BN的片子，请报价 答 8: 贴这个帖子的目的不是为了解*密或者加*密而是为了让入门者体会一下现代电子技术发展的程度，从某种程度上来讲，加*密、解*密技术也是电子技术魅力所在。当然，我本人还是很反对在21IC上到处乱贴“狗皮膏药”似的以追求利润为目的解*密贴，但把它做为一门技术研究研究倒也其乐无穷（毕竟，它可以满足我们的好奇心嘛） 答 9: 顶 答 10: 不反对研究jia mi 和jie mi技术，但反对。。。。不反对研究jia mi 和jie mi技术，但反对以盈利为目的的jie mi广告
以盈利为目的的jie mi广告将被视为非法广告，切记！ 答 11: 程序匠人 你好我真的不是想为那些做这类广告的人说话。

我就是想不通你这话的意思“不反对研究jia mi 和jie mi技术，但反对以盈利为目的的jie mi广告
以盈利为目的的jie mi广告将被视为非法广告，切记！”--------
难道以★盈利为目的★其他广告（首先我声明我不是指所有，因为我看到其他公司也做过广告）你就视为合法广告。君子生财取之有道，请你给个为什么说jie mi广告将被视为非法广告的理由，（难道这样的公司，国家不会认为是非法而去取缔吗）
再次我想问一下程序匠人，有没有在公商部门正式注册这类的从事JIE ME行业的公司啊（我也希望那些正规的这类公司，如果有请你们发表一下）我对法律不是太了解，我只是想找个公平的说法，好让人心服口服------
切记你是斑竹，希望你公平对待每件事。。。。
答 12: boweifuhe 您好关于你提到的一些问题我逐一给你解答:

1.我说jie mi广告为非法广告,并没有说其它广告就一定是合法广告.不过,对于一般的广告,我的态度还是比较宽容的.最多删除了事.不会追究发贴人的责任.但如果是jiemi广告,那么我不但会删除它,还会向21IC报告,请求对该发贴人做进一步的处理,比如取消其ID.更严重时,也有可能向有关机关举报.

2.关于我为什么视jiemi广告为非法的理由.我觉得是不言自明的.谁都知道,jiemi者所pojie的都是别人的程序,很少有自己pojie自己程序的情况.作为一名单片机从业人员,我们当然要保护广大同行的切身利益了.

3.你问是否有在公商部门正式注册这类的从事JIE ME行业的公司,我的回答是,我也不知道.不过即使知道,我也不喜欢他们在这里做广告.

4.谢谢你提醒我是斑竹(我自己常常忘记,:-)),关于公平,我的理解就是,无论谁发了jiemi广告,我都会删除它.(除非我没看见,如果我没看见,希望其它看见的网友们举报)
答 13: 程序匠人 你好谢谢你回答我。
其实我看过你不少发言和文章，说真的，我很佩服你同时在你那也学到了很多知识！----谢谢！
   


答 14: 多谢你的理解!