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。

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,来做软件攻击。

近期国内出现了了一种51单片机解密设备(成都一位高手搞出来的),这种解密器主要针对SyncMos. Winbond,在生产工艺上的漏洞,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FF FF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。

电子探测

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。

RF编程器可以直接读出老的型号的加密MCU中的程序,就是采用这个原理。

过错产生

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。

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。

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,完全家庭中操作。

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)。

清洗芯片

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。

寻找保护熔丝的位置并破坏

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。

借助显微镜和激光切割机破坏保护熔丝

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。

国内较有名的单片机破解公司

国内比较有名的单片机MCU破解公司深圳泰斗科技MCU解密中心,沪生电子,余洋电子,星辰单片机,恒丰单片机和龙人科技等。

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、同型号的芯片选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机,如可以使用ATMEGA88/ATMEGA88V,这种国内破解的费用一需要6K左右,另外相对难解密的有ST12系列,DSppIC等;其他也可以和CPLD结合加密,这样解密费用很高,解密一般的CPLD也要1万左右。

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,选用一些生僻的单片机,比如ATTINY2313,AT89C51RD2,AT89C51RC2,motorola单片机等比较难解密的芯片,国内会开发使用熟悉motorola单片机的人很少,所以破解的费用也相当高,从3000~3万左右。

4、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,加入时间倒计时功能,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。

5、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。

6、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(注意,反面有LOGO的也要抹掉,很多芯片,解密者可以从反面判断出型号,比如51,WINBOND,MDT等)。

7、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。

8、利用MCS-51中A5指令加密,其实世界上所有资料,包括英文资料都没有讲这条指令,其实这是很好的加密指令,A5功能是二字节空操作指令加密方法在A5后加一个二字节或三字节操作码,因为所有反汇编软件都不会反汇编A5指令,造成正常程序反汇编乱套,执行程序无问题仿制者就不能改变你的源程序。

9、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wwwhusooncom1011、wwwhusooncn1012等,这样比较难反汇编修改。

10、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。

11、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。

12、对SyncMos,Winbond单片机,将把要烧录的文件转成HEX文件,这样烧录到芯片内部的程序空位自动添00,如果你习惯BIN文件,也可以用编程器把空白区域中的FF改成00,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)。

失败原因

从概率上来说,单片机解密在1%失败的几率,0.3%损坏母片的几率,这也是这么多年来,深圳ARM解密中心总结出来的,当然,这个比例和经验也是有很大关系的,就像是实习医生和主任医师一样,这也是提醒客户朋友在选择芯片解密公司的时候一定要找经验丰富的正规公司。

下面列出几条,也是我们有过经历的,在IC破解过程中容易导致解密失败的问题点:

开盖

开盖的概念,针对金线,我们一般采用硝酸配合丙酮的做法,用铝箔纸遮住不需要开盖的位置(这里要求对晶圆位置有比较准确的判断,有的在正面,有的在背面)并且开窗,用硝酸将封装熔开一个洞,漏出晶圆为止(这里就是问题所在了,怎样控制让该漏的地方漏出来,不该腐蚀的地方保留下来,时间和时机都很重要),然后迅速用丙酮进行清洗,配合超声波去除表面杂质。

这里容易出问题的地方包括以下几个方面:

①时间控制的不好,不及是不行的,过,犹不及,PAD腐蚀坏,外部不能读出程序

②芯片流片工艺不好,腐蚀的时候容易将芯片表面钝化层损坏,使管芯失效

③开盖的时候硝酸撒到芯片管脚上会破坏管脚影响读取

④晶圆与管脚之间的AL线是很脆弱的,无意中碰断的情况也是存在的

⑤单片机封装采用特殊材料,无法和酸反应

⑥有一些芯片比较特殊,晶圆不在芯片中间位置,或者在背面,经验不丰富的话很容易开错导致芯片损坏

⑦芯片采用铜工艺或铝工艺或者合金工艺,用酸进行开盖的时候会将内部连线一并腐蚀掉

FIB加工过程有误

我们在进行FIB加工的过程中也有一些情况可能导致解密失败:

A:FIB连线过长导致离子注入失效,从而无法对晶圆进行加工导致失败

B:离子注入强度没有掌握好

C:芯片流片工艺小,加工过程中没有找准确位置

D:FIB设备本身精度等方面存在问题,设备存在一定的问题。

另外,随着加密工艺的日益进步和改善,很多新奇的加密方法层出不穷,有种情况比较麻烦,就是芯片明明已经完全解密,但是程序就是不能用,或者只能在原来的板子和某些IC配合的时候才能用,但批量生产的时候就是有问题,这就是软加密了。这种情况在游戏机上用的特别多。

发展前景

众所周知,凡是涉及到单片机解密的领域一般都是进行产品复制的,真正用来做研究学习的,不能说没有,但是相当罕见。这样一个走在法律边缘的行业,究竟能走多远,企业又能做多大,是很多解密公司在思考的问题,于是很多解密公司纷纷涉足抄板行业,生产加工领域等,但是真正像泰斗科技那样稳扎稳打,一步一步稳定扩张的少之又少,冒进,只会对企业带来危害,继而影响到客户的利益。

随着国内专利意识的加强,这样一个行业只会慢慢远离产品复制转而向研究学习方向发展,还有一种可能是转入"地下",不管怎样,这样一个行业短时间内是不会灭亡的。当单片机解密行业发展的如火如荼的时候,芯片厂商何尝察觉不到风吹草动呢?所以加密技术也是不断完善,甚至进行革命性的变化,将来芯片加密技术会越来越科学,后门漏洞也会得到克服,以后芯片解密大部分都要采用泰斗科技的硬解方法,利用FIB技术,就是DECAP,取DIE,然后去层、拍照、提取原理图,找出加密位置,再找到加密控制线尽量靠上层的单元,分析出泰斗FIB方案,借助FIB去掉加密位置,从而读取程序,从而达到单片机解密的目的。

现状

解读中国的芯片解密技术现状

以不正当方式获得其他商家的商业秘密,是一种常见的不正当竞争行为。中国最高人民法院17日公布"关于审理不正当竞争民事案件应用法律若干问题的解释",首次明确规定:通过自行开发研制或者反向工程等方式获得的商业秘密,不认定违反不正当竞争法有关条款规定的侵犯商业秘密行为。

随着智能技术、IC解密在电子领域的广泛应用,越来越多的学者开始将目光转向该领域的研究中来,但是就中国现状而言,中国制造并不能在电子领域得到广泛的应用。党十八大的召开和航天STYLE在全国的风靡,芯片电子业是否该刮起一场新的改革之风呢?

当世纪芯科技的芯片解密在市场风靡一时的时候,有很多业内人士对芯片设计和芯片解密的发展和应用技术持有怀疑或者保持中立意见的态度,那么作为近五十年内发展的最快的技术手段芯片解密,现状到底如何呢?

芯片解密:多领域开发和应用

何为芯片解密?芯片解密一般可以被称作是单片机解密或者IC解密,专利产品由于其特殊的保密性,放置在电子产品中的芯片,都会在放入初期就被加密,就像一道密码锁一样,没有钥匙的话是打不开的。哪怕你直接运用编程器也没有办法让它正常运行,因为程序无法顺利地读出来。但是如果为了科研或者一些其他的原因,需要读取到单片机里面的程序,那么就需要做卡片解密。卡片也就是我们说的芯片,其解密的应用可以找回已经丢失的资料。现代科研和其他反向工程领域中经常会用到这门技术。

当普通电视被背投电视所取而代之,当"脑袋型"电脑显示屏被液晶显示屏取而代之,对行业具有高度敏感性的人应该察觉到,又一次技术革命将开始。芯片解密,在芯片的设计技术变革之后,世纪芯科技所引导的产品应用类拓展渠道,开始步入医疗卫生、通讯、工业、广播电视等行业,除了对设备、仪器仪表、终端及电子应用等展开服务,在PCB抄板、PCB制板图设计和代加工方面也得到了更广泛的应用。

芯片解密:技术的盲目复制和跟从

随着中国经济水平的提高,中国的科技水平也同期高速发展着,与国际化接轨的不仅仅是技术和产品结构,近百年芯片技术的飞跃也可以作为一个跨时代的史诗。发展是硬道理,科技是第一生产力,从芯片的体积入手,多年来包括美国、日本、亚太地区和欧洲地区各个国家致力于对芯片市场的开发和对芯片质量、容积和技术的研发,不得不说这四大区域为芯片技术的发展提供了不可估量的作用和影响。

仅占原来的1/140的芯片体积,价格却从原来的基础上下降到了1/107。在这场产业技术的变革里,美国功不可没,美国依然占据着世界IC市场的老大地位。以抄芯片为例,中国因为之前并没有在这单片机解密领域投入太大的人力和物力,该领域还是个盲区。虽然有一些电子企业的加入,但是依旧停留在复制和跟随阶段,并没有形成自己独立的特色。

针对世界芯片行业出现的不景气问题,中国开始进行多生产线的投入,大量资金被运用在DSP解密、芯片代工等方面。虽然崛起的比较晚,发展速度不快,但是我们可以相信,随着科研力度的增大,中国的芯片解密技术会创造出属于自己的风格。