当前位置：首页 > news >正文

MCU程序加密保护（二）ID 验证法加密与解密

news 来源：原创 2025/7/3 14:46:28

STM32 微控制器内部具有一个 96 位全球唯一的 CPU ID，不可更改。开发者可利用此 ID 实现芯片绑定和程序加密，增强软件安全性。

ID 验证法就是利用这个 UID，对每颗芯片的身份进行识别和绑定，从而防止程序被复制。

实现方式：

在程序首次运行或出厂时，读取 CPU ID，经过不可逆算法（如 CRC32、SHA256）处理后生成一个校验值；
将该校验值写入 Flash；
每次程序启动时重新计算当前芯片 ID 的校验值，并与 Flash 中存储的值进行比较；
如果匹配，程序正常运行；否则程序终止，防止非法拷贝。

三、这种方法的优点：

优点	说明
✅ 绑定芯片唯一身份	因为 UID 不可修改，确保每个程序绑定一颗芯片
✅ 防止直接拷贝	同样的程序拷贝到另一颗芯片上，会因 UID 不同而校验失败
✅ 可配合写保护	存放校验值的 Flash 区域可以配合 WRP 写保护
✅ 可量产	可以用上位机脚本自动读取 UID，计算校验值并写入 Flash

下面只讲一种方法，方法肯定是不唯一的！

#define UID_BASE_ADDR       0x1FFFF7E8U
#define FLASH_CRC_ADDRESS   0x0800FC00U  // 最后一页（64KB Flash）起始地址
#define UID_WORD_COUNT      3
#define FLASH_PAGE_SIZE     1024U
#define CRC32_POLYNOMIAL    0xEDB88320Uint fputc(int ch, FILE *f)
{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);return ch;
}void send_string(const char* str)
{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)str, strlen(str), HAL_MAX_DELAY);
}void Print_UID(void)
{const uint32_t* uid = (const uint32_t*)UID_BASE_ADDR;char buf[64];snprintf(buf, sizeof(buf), "[STM32 UID] %08lX-%08lX-%08lX\r\n", uid[2], uid[1], uid[0]);send_string(buf);
}uint32_t Calculate_UID_CRC32(void)
{const uint32_t *uid = (const uint32_t *)UID_BASE_ADDR;uint32_t crc = 0xFFFFFFFF;for (int i = 0; i < UID_WORD_COUNT; i++) {crc ^= uid[i];for (int j = 0; j < 32; j++) {if (crc & 1)crc = (crc >> 1) ^ CRC32_POLYNOMIAL;elsecrc >>= 1;}}return crc ^ 0xFFFFFFFF;
}uint32_t Read_Stored_CRC(void)
{return *(const uint32_t *)FLASH_CRC_ADDRESS;
}void Verify_UID(void)
{uint32_t calc_crc = Calculate_UID_CRC32();uint32_t stored_crc = Read_Stored_CRC();if (calc_crc != stored_crc) {char buf[128];snprintf(buf, sizeof(buf), "[ERROR] UID CRC Mismatch! Calc: 0x%08lX, Stored: 0x%08lX\r\n", calc_crc, stored_crc);send_string(buf);Error_Handler();} else {send_string("[INFO] UID CRC Verified OK\r\n");}
}void Store_UID_CRC_To_Flash(void)
{uint32_t crc = Calculate_UID_CRC32();HAL_FLASH_Unlock();FLASH_EraseInitTypeDef EraseInitStruct = {.TypeErase   = FLASH_TYPEERASE_PAGES,.PageAddress = FLASH_CRC_ADDRESS,.NbPages     = 1};uint32_t PageError = 0;if (HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitStruct, &PageError) != HAL_OK) {send_string("[ERROR] Flash Erase Failed\r\n");HAL_FLASH_Lock();return;}if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, FLASH_CRC_ADDRESS, crc) != HAL_OK) {send_string("[ERROR] Flash Program Failed\r\n");HAL_FLASH_Lock();return;}HAL_FLASH_Lock();send_string("[INFO] UID CRC Stored to Flash\r\n");
}void Auto_Bind_UID_CRC_If_Needed(void)
{uint32_t stored_crc = Read_Stored_CRC();if (stored_crc == 0xFFFFFFFF)  // 判断是否首次上电{send_string("[INFO] No UID CRC Stored. Binding current chip...\r\n");Store_UID_CRC_To_Flash();  // 写入当前芯片 UID 的 CRC}
}void SystemClock_Config(void);int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();Auto_Bind_UID_CRC_If_Needed();Print_UID();Verify_UID();while (1) {。。。。。。}
}

防止程序在“非原芯片”上运行

uint32_t calc_crc = Calculate_UID_CRC32();
uint32_t stored_crc = Read_Stored_CRC();

对 MCU 内置唯一的 UID 地址 0x1FFFF7E8 做了 CRC 校验，并将第一次计算的结果写入 Flash：

Store_UID_CRC_To_Flash(); // 用于首次存储 CRC
校验通过才能继续运行，否则 Error_Handler() 阻止执行。
这个机制可有效阻止程序被别人拷贝到其他 STM32 芯片后运行。

其次0xEDB88320U这个是干嘛的？

0xEDB88320U 是 CRC32 多项式的反转形式（Reflected Polynomial），它是你代码中用于计算 CRC32 校验值的核心常数。

什么是 CRC？

CRC（循环冗余校验）是一种常用于数据完整性校验的哈希算法，在嵌入式系统、通信、存储等领域被广泛使用。
它通过一个多项式除法运算对数据生成一个固定长度的校验值，用于检测数据在传输或存储中是否被篡改或损坏。

你用到的 `0xEDB88320U` 是什么？

这是标准 CRC32 算法中使用的 反射形式多项式：

标准 CRC32 多项式（正向）：

x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1x^{32} + x^{26} + x^{23} + x^{22} + x^{16} + x^{12} + x^{11} + x^{10} + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x + 1x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1

对应的二进制多项式值是：0x04C11DB7

反转版本（Reflected CRC）：就是你代码中使用的

0xEDB88320\text{0xEDB88320}0xEDB88320

它等价于对 0x04C11DB7 的位反转处理。

STM32 的 HAL_CRC 或很多嵌入式代码实现中，都是按位反转（LSB first）方式计算 CRC，因此使用 0xEDB88320 是标准做法。

这种反转方式效率高，和实际硬件或工业协议（比如 Ethernet、ZIP 文件、PNG 图片、STM32 Bootloader 校验）保持一致。

此外上述代码已经验证，拷贝后在别的扳机程序无法运行！达到效果！

但是！加密完总得自己解密哈哈，相比于闪存加密的方法，这个方法还有很多漏洞的，毕竟是软件加密，如下为漏洞分析！

安全目标	是否达成	原因
防止程序拷贝到其他芯片运行	✅ ✅ ✅	UID 校验 OK
防止程序被他人反编译修改绕过校验	❌	没有开启 RDP，程序可读出
防止校验值被改写绕过校验	❌	没有开启写保护（WRP）
防止程序被整个二进制拷贝	❌	RDP 未开启

此为量产方式

方案	需要写入 UID CRC	是否支持量产烧录器	是否支持自动化	推荐场景
A（运行时绑定）	不用提前写入，程序首次运行自动绑定	✅ 支持全自动烧录	✅	最推荐，适合量产
B（编译时绑定）	烧录前需写入 CRC	❌ 烧录前需人工或脚本操作	✅ 有产测平台时适用	小批量

当然漏洞是有的，但是我们将闪存保护法跟id验证法放在一起，并且将下述方法加在一起，更多方法进行融合，达到真正的加密效果！

目前只是对 UID 本身做 CRC32，攻击者拿到程序和 CRC 算法很容易在自己芯片上重算并替换。
改进： 在计算 CRC 前，把 UID 跟一个“固化私钥”一起混合，再做 CRC。

#define SECRET_KEY_WORD   0xA5A5BEEFULuint32_t Calculate_Mixed_CRC32(void)
{const uint32_t *uid = (const uint32_t*)UID_BASE_ADDR;uint32_t buffer[UID_WORD_COUNT + 1] = {uid[0], uid[1], uid[2], SECRET_KEY_WORD};uint32_t crc = 0xFFFFFFFF;for (int i = 0; i < UID_WORD_COUNT + 1; i++) {crc ^= buffer[i];for (int j = 0; j < 32; j++) {if (crc & 1)crc = (crc >> 1) ^ CRC32_POLYNOMIAL;elsecrc >>= 1;}}return crc ^ 0xFFFFFFFF;
}

结合 Option Bytes 自动锁定

在 Auto_Bind_UID_CRC_If_Needed() 中一旦绑定完成，即可顺带触发 RDP Level1 和写保护：

void Secure_Lock_Device(void)
{FLASH_OBProgramInitTypeDef ob = {0};HAL_FLASH_Unlock();HAL_FLASH_OB_Unlock();HAL_FLASHEx_OBGetConfig(&ob);// 只在 Level0 时生效，避免重复擦除if (ob.RDPLevel == OB_RDP_LEVEL_0) {ob.OptionType = OPTIONBYTE_RDP | OPTIONBYTE_WRP;ob.RDPLevel   = OB_RDP_LEVEL_1;ob.WRPState   = OB_WRPSTATE_ENABLE;ob.WRPPage    = OB_WRP_PAGES60TO63;  // 保护 CRC 存储页HAL_FLASHEx_OBProgram(&ob);}HAL_FLASH_OB_Lock();HAL_FLASH_Lock();
}

使用硬件 CRC 外设或查表加速

软件 bitwise CRC32 性能偏低，可考虑：

STM32F1 的 CRC 外设（部分型号支持）

或者用 256 项的查表法，把 0xEDB88320 的查表数组预先生成，运算速度提升 5～10 倍。

static const uint32_t crc32_table[256] = { /* 预生成的 256 项 */ };uint32_t CRC32_Table(const uint8_t *data, uint32_t len) {uint32_t crc = 0xFFFFFFFF;while (len--) {crc = (crc >> 8) ^ crc32_table[(crc ^ *data++) & 0xFF];}return crc ^ 0xFFFFFFFF;
}

三、这种方法的优点：

什么是 CRC？

你用到的 0xEDB88320U 是什么？

相关文章：

你用到的 `0xEDB88320U` 是什么？