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保护您的研发成果 - 双向认证及软件功能保护 摘要：在冒名顶替、伪造证件行为猖獗的年代，保证正确的身份识别至关重要。这不仅对个人如此，对电子产品也是如此。系统供应商需要在外有黑客攻击这样的“外患”，内有克隆硬件这样的“内忧”的环境中保护其产品的安全性。实现这些安全需求的关键是认证。 本文解释了认证的概念，以及Maxim/Dallas Semiconductor以安全存储器形式提供加密控制和保护的方案，非常适合需要知识产权保护、HW/SW许可权管理、安全软件功能与状态设置、防篡改数据存储等应用。 什么是认证? 认证是指两个或多个实体之间建立身份认可的过程。单向认证情况下，一方需向另一方证明其身份的合法性。对于双向认证，双方需要彼此向对方证明自己的身份。最常用的认证方法是利用口令实现。使用口令的主要问题是应用中口令是暴露的，极易被探测。 我们先来回顾一下加密的历史应用，1883年弗兰德斯语言学家Auguste Kerckhoffs发表了一篇关于军事加密的文章，震惊了整个世界。Kerckhoffs讲道，安全不应依靠隐匿性(例如非公开的必威体育官网网址算法)，而应依靠算法及其密钥的力量。如果安全受到破坏，Kerckhoffs认为，只需替换密钥，而不是替换整个系统。 基于密钥的认证过程如图1所示：密钥(私密)和需要认证的数据(“信息”)作为输入，来计算信息认证码，即MAC。MAC然后附加到信息上。信息接收方进行相同的运算，将MAC计算结果与随信息一起收到的MAC比较。如果二者相同，则信息是合法的。 图1. 该MAC计算模型 但是，这种基本MAC计算模型也有一个弱点。非法者如果截取到信息，可随后回放此信息，以仿冒合法身份。为克服这种固有的MAC弱点和证明MAC发送方的合法身份，接收方可产生一个随机数，作为质询码回送给发送方。MAC发送方必须根据密钥、信息和质询码重新计算新的MAC，并返回给接收方。如果对应任何质询码发送方都可产生有效的MAC，则可以确信发送方是知道密钥的，其身份是合法的(图2)。该过程就是质询-响应认证。 图2. 质询-响应认证过程 在加密学中，由信息产生固定长度MAC的算法称为“单向”散列函数。单向表示从固定长度MAC输出推演出较长的原始信息极为困难。相反，通过加密，加密的信息与原始信息是成正比的。 SHA-1是经过深入研究和国际认可的单向散列算法，由National Institute of Standards and Technology (NIST)开发。SHA-1已经发展成为国际标准ISO/IEC 10118-3:2004，算法的数学基础是公开的，并可从NIST网站获取。SHA-1算法的主要特点包括以下几点：1) 不可逆性―从计算角度讲，不可能从MAC推演出输入信息；2) 抗冲突性―对于特定MAC，找到多于一种输入信息是不现实的；3) 高雪崩效应―输入的任何变化都会使MAC结果产生巨大的变化。基于这些原因以及对该算法的国际性研究，Maxim/Dallas Semiconductor选择SHA-1作为其安全存储器的质询－响应认证算法。 低成本安全认证―功能实现DS2432 EEPROM内置SHA-1引擎，借助1-Wire接口，可以方便地加入到任何带有数字处理能力的电路中，例如带微控制器(μC)的电路。最简单的情况下，仅仅需要一个空闲I/O引脚以及一个上拉电阻即可构成1-Wire接口，如图3所示。如果板上的计算能力或者剩余的程序存储空间不足以完成SHA-1 MAC计算，设计者可以采用DS2460 SHA-1协处理器，或将计算任务转交给系统或网络中最近的主机。协处理器还有另一个好处，可将系统密钥存放在安全存储器中，而不必存放在程序代码内。 图3. 典型系统环境 嵌入式硬件/软件授权管理 参考设计需要授权，并可能由第三方进行生产，需要防范非法使用程序代码。考虑到收入原因，还有必要跟踪和确认参考设计的使用次数。DS2432经过预先编程(在供给第三方制造商之前先装入密钥和存储器设定值)，可以轻松地满足这些需求和提供更多功能。上电自检时，参考设计(图4)通过DS2432执行认证过程。只有具备有效密钥的DS2432才能成功地返回有效MAC。如果检测到无效MAC，处理器将采取相应的特定操作。这种方法还带来另外一个好处，即可以通过DS2432安全存储器的设定值有选择地授权和使能参考设计的功能。(有关此概念的更多信息，见软件功能管理一节。) 具有64位有效密钥的DS2432可通过以下两种安全方法提供给被授权者或第三方制造商：a) 由参考设计授权公司预先编程；或b) 由Maxim/Dallas Semiconductor根据授权公司的输入信息预先编程并供货给第三方制造商。无论采用何种方法，供给被授权者或制造商