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純軟件加密
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加密芯片
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加密芯片的兩種硬件連接形式
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加密過程
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加密保護(hù)的攻與守
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破解思路1：從軟件入手，繞開加密點(diǎn)
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破解思路2：從加密狗的驅(qū)動(dòng)程序入手，偽造驅(qū)動(dòng)程序
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破解思路3：從加密狗硬件入手，仿制加密狗
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PUF：物理上無法克隆
當(dāng)你辛辛苦苦、歷經(jīng)萬難，成功開發(fā)出一套軟件的時(shí)候，如果有黑客從授權(quán)電腦上
破解了軟件，然后大量
拷貝、倒賣，你會(huì)是什么樣的心情？
如果你沒有感覺、或者無所謂的話，那只能說明目前寫的程序還不是足夠的優(yōu)秀，還沒有進(jìn)入黑客的目光中~~
但是，在很多看不到的戰(zhàn)場上，軟件的
破解和反破解大戲，時(shí)刻都在上演著。
以前聽過這么一個(gè)段子：任何一家公司都
不會(huì)公開說自家的軟件是最安全的。
只要他說出來，就會(huì)分分鐘遭到破解，因?yàn)檫@樣的聲明，無疑是給黑客們下了一道
挑戰(zhàn)書。
軟件加密的攻與防，是一個(gè)沒有終極結(jié)果的
無限游戲，只會(huì)永遠(yuǎn)進(jìn)行下去。
但是，這并不妨礙我們給自己的軟件，加上一道防火墻，在一定的范圍內(nèi)，
最大程度的保護(hù)自己的勞動(dòng)成果。
這篇文章我們就來聊聊關(guān)于
軟件加密的那些事！
這篇文章的素材，來源于兩年前為一個(gè)客戶開發(fā)的一款軟件。
上周末偶遇到當(dāng)時(shí)對(duì)接的技術(shù)人員，聊到了之前的那個(gè)產(chǎn)品，于是就有了此文。
純軟件加密
我們在安裝一些有版權(quán)的軟件時(shí)，一般都會(huì)要求輸入一個(gè)
序列號(hào)。
當(dāng)這個(gè)序列號(hào)被輸入之后，它就與當(dāng)前這臺(tái)電腦的硬件信息進(jìn)行
綁定。
換句話說，如果把這個(gè)軟件安裝在
另一臺(tái)電腦中時(shí)，輸入同樣的序列號(hào)，肯定是無法運(yùn)行的。
因?yàn)樵诘谝淮伟惭b的時(shí)候，軟件就會(huì)搜集當(dāng)前電腦的
CPU、硬盤、主板、網(wǎng)卡等硬件信息，并且把這些信息與
序列號(hào)進(jìn)行綁定。
當(dāng)然了，每一個(gè)軟件選擇哪些硬件信息
不是確定的。因?yàn)橐紤]到用戶會(huì)更換硬盤、更換網(wǎng)卡硬件設(shè)備等。
因此，大部分軟件都是搜集那些更換可能性比較小的硬件，并且對(duì)不同的硬件賦予不同的
權(quán)重，來計(jì)算一個(gè)最終的結(jié)果。
在很多的消費(fèi)類產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品中，都是按照這樣的思路來對(duì)軟件產(chǎn)品進(jìn)行保護(hù)的。
其中的
缺點(diǎn)很明顯：
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無法做到唯一的標(biāo)識(shí)一臺(tái)設(shè)備：盡管對(duì)很多的硬件信息進(jìn)行采集，但是無法確定一臺(tái)電腦的絕對(duì)唯一性;
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無法阻止硬件信息復(fù)制：如果黑客知道了軟件的保護(hù)策略，他就可能去把多臺(tái)電腦的硬件信息修改成完全一樣的，這樣的話，所有這些電腦都變成“合法”的設(shè)備了;
也許，這樣的事情對(duì)于我們平常使用的電腦來說根本不會(huì)發(fā)生，但是在一些工業(yè)產(chǎn)品中，這樣的破解方式就不得不被重視了。
這樣的軟件保護(hù)方式，是所有
純軟件加密保護(hù)的缺點(diǎn)，
無法徹底的解決，只能通過使用各種小技巧來降低被破解的可能性。
加密芯片
加密芯片，就是專門用來進(jìn)行加密的芯片，這樣說好像等于沒說一樣!
其實(shí)就是利用加密芯片本身，來保護(hù)
另一個(gè)軟件或者硬件不被破解。
我們這里就拿軟件舉例，它倆的邏輯關(guān)系如下：
在軟件運(yùn)行的過程中，
定期的與加密芯片進(jìn)行通信。
只有當(dāng)加密芯片返回
正確的結(jié)果時(shí)，軟件才會(huì)正常的執(zhí)行。
如果加密芯片
不存在、或者加密芯片是一個(gè)
假的仿制品，那么被保護(hù)的軟件就可以立刻偵測到，從而停止運(yùn)行，這樣就達(dá)到了保護(hù)的目的。
即使通過各種手段把軟件拷貝出來，放在
另一臺(tái)設(shè)備中去執(zhí)行，由于沒有對(duì)應(yīng)的加密芯片，因此軟件也會(huì)拒絕執(zhí)行。
加密芯片的兩種硬件連接形式
隨著軟、硬件的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷提高，各種加密需求場景的層出不窮，加密芯片的存在形式也是多種多樣。
最常見的就是類似于信用卡使用的
U 盾那種形式，通過
USB 接口與電腦(或其他硬件設(shè)備)進(jìn)行連接：
通常，把這種通過
USB 接口連接的加密設(shè)備稱作
Dongle（加密狗）。
另外，還有一種在
嵌入式設(shè)備中比較常見的連接方式：把加密芯片通過一根
GPIO 口，與主控芯片進(jìn)行通信，也就是采用單總線方式進(jìn)行通信：
以上這兩種連接方式，僅僅是硬件上的不同而已，
加密過程、原理都是一樣的！
加密過程
我們就拿USB加密狗來描述加密過程:
當(dāng)我們把一款軟件部署到客戶的設(shè)備中時(shí)，會(huì)為每一臺(tái)設(shè)備安裝加密狗的
驅(qū)動(dòng)程序，并且配置一個(gè)
加密狗硬件。
每一個(gè)加密狗硬件中，都有一個(gè)
唯一的ID，并且內(nèi)部被預(yù)先燒錄一個(gè)
秘鑰，這個(gè)秘鑰就用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。
當(dāng)我們的軟件需要驗(yàn)證時(shí)，就調(diào)用加密狗驅(qū)動(dòng)提供的
API 函數(shù)。
該
API 函數(shù)在接收到軟件調(diào)用時(shí)，就會(huì)通過
USB 口，與硬件加密狗進(jìn)行通信，發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)。
加密狗在接收到請(qǐng)求數(shù)據(jù)之后，把計(jì)算結(jié)果再通過
USB 發(fā)送給驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)而返回到應(yīng)用程序。
在這個(gè)通信過程中，會(huì)使用
秘鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、解密，以此來保證通信鏈路中的數(shù)據(jù)安全性。
加密保護(hù)的攻與守
破解思路1：從軟件入手，繞開加密點(diǎn)
所謂的
加密點(diǎn)，就是指在應(yīng)用程序中，調(diào)用加密狗驅(qū)動(dòng)
API 函數(shù)的地方。
黑客可以對(duì)軟件的
二進(jìn)制代碼進(jìn)行反編譯，結(jié)合加密狗驅(qū)動(dòng)的 API 函數(shù)手冊，來分析、找出這些加密點(diǎn)，然后修改二進(jìn)制代碼，來
繞過這些加密點(diǎn)函數(shù)調(diào)用。
這樣的話，軟件就相當(dāng)于是裸跑一樣了，
完全與加密狗失去了數(shù)據(jù)交互。
對(duì)于這樣的破解方式，我們只能從軟件入手，增加黑客找出加密點(diǎn)的難度了。
例如：在代碼的
很多個(gè)地方安裝加密點(diǎn)，在一些輔助的動(dòng)態(tài)庫中安裝加密點(diǎn)，對(duì)加密點(diǎn)的
API 函數(shù)調(diào)用進(jìn)行一些
混淆處理，讓
API 函數(shù)調(diào)用的返回結(jié)果參與到軟件的
業(yè)務(wù)邏輯中，這樣的話，就必須調(diào)
API 函數(shù)才可以讓程序正常執(zhí)行。
破解思路2：從加密狗的驅(qū)動(dòng)程序入手，偽造驅(qū)動(dòng)程序
黑客們可以根據(jù)加密狗驅(qū)動(dòng)的API手冊，自己寫一個(gè)
偽造的驅(qū)動(dòng)程序，其中包括合法驅(qū)動(dòng)中所有的API函數(shù)，每個(gè)函數(shù)的
參數(shù)和返回值，都滿足手冊的說明。
這樣的話，偽造驅(qū)動(dòng)程序中的API函數(shù)，在接收到軟件的調(diào)用后，
不會(huì)與加密狗進(jìn)行通信，而是
直接返回正確的結(jié)果給
軟件，從而達(dá)到破解的目的。
從上圖可以看出：偽造的驅(qū)動(dòng)程序在接收到程序的調(diào)用之后，就直接把
“正確的”的結(jié)果返回了，壓根沒有加密狗硬件什么事情。
這樣的破解方式，利用的就是驅(qū)動(dòng)程序中API函數(shù)中參數(shù)和返回值的
靜態(tài)特性，而且我們也沒有對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的合法性進(jìn)行驗(yàn)證。
針對(duì)以上這兩點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的
反破解方式：
-
不要返回靜態(tài)不變的結(jié)果，而是利用一定的算法，或者是利用預(yù)先準(zhǔn)備好的大批量的數(shù)據(jù)對(duì)，返回動(dòng)態(tài)變化的結(jié)果給應(yīng)用程序。這樣的話，黑客就無法通過分析 API 手冊或者抓包，來找到返回?cái)?shù)據(jù)的規(guī)律;
-
可以使用一些額外的加密、指紋信息等，來對(duì)驅(qū)動(dòng)代碼的合法性進(jìn)行檢驗(yàn);
破解思路3：從加密狗硬件入手，偽造加密狗
之前我們說到：在加密狗硬件中，存在一個(gè)唯一的ID和預(yù)先放置的
秘鑰。
如果要破解加密狗硬件，那么黑客們就必須通過各種手段來復(fù)制這些信息。
芯片也能克??？沒接觸過硬件的小伙伴，可能感覺小小的芯片里成千上萬的晶體管電路怎么可能抄的出來？
可以理解。但是，這個(gè)正和逆本身就是共存的。
搞板級(jí)硬件的同學(xué)可能抄過別人的PCB板，IC逆向類似，只不過需要專業(yè)的工具而已。
如今芯片級(jí)別的
逆向工程已經(jīng)是非常的成熟了。
對(duì)于一些簡單的芯片，
2K~3K 的價(jià)格就可以分分鐘幫你逆向出來。
關(guān)于這部分內(nèi)容，我不是特別了解，具體的步驟比較多，這里就不一一敘述了。
總之，請(qǐng)你相信：
芯片逆向是可能的，這都不是事！放幾張截圖來感受一下：
道高一尺，魔高一丈！攻與守的無限游戲，總是此消彼長。
針對(duì)
剖片這種終極大招，加密芯片的廠商也不敢懈怠，也想出了很多的破解方式。
例如：在加密芯片之上增加一層
覆銅保護(hù)，這個(gè)覆銅同時(shí)充當(dāng)
電源的角色。
當(dāng)剖片設(shè)備在磨掉這層覆銅時(shí)，也就破壞了芯片的電源，這樣破解設(shè)備就無法通過探針等手段來干擾芯片的工作，因?yàn)樾酒纪Ｖ构ぷ髁?，壓根就不給你探測的機(jī)會(huì)。
還要另外一種比較
牛逼的方式，來阻止黑客獲取加密狗中的
秘鑰信息。
一般來說，秘鑰文件都是存儲(chǔ)在芯片中的
非易失性存儲(chǔ)設(shè)備(NVM)中的，如果是這樣的，黑客們就比較容易從存儲(chǔ)設(shè)備中讀取秘鑰信息。
PUF：物理上無法克隆
近年來，一種稱作
PUF(Physically Unclonable Functions 物理上無法克隆) 的技術(shù)非常熱，它通過一種無形的方式來
“存儲(chǔ)”秘鑰信息。具體來說是下面這樣：
基于PUF的全新安全加密模式是通過硬件PUF安全芯片加密，在 NVM 中只存儲(chǔ)密文信息。
密鑰在PUF芯片內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)中，使用即生成，使用后銷毀，全程不對(duì)外輸出任何密鑰信息。
黑客只能在NVM中獲取密文信息，沒有PUF密鑰，永遠(yuǎn)無法解密。
簡單的說，就是在加密芯片中
并不存在秘鑰信息。
當(dāng)加密芯片自己需要使用秘鑰的時(shí)候，就利用芯片的各種
物理結(jié)構(gòu)、電氣特性，動(dòng)態(tài)的生成秘鑰，使用之后立刻銷毀。
這樣的話，黑客就無從獲取秘鑰了。
即使仿制了一個(gè)加密狗硬件，但是由于工藝的原因，芯片的
物理結(jié)構(gòu)、電氣特性等都不相同，生成的秘鑰也是
錯(cuò)誤的，無法與應(yīng)用程序進(jìn)行正確的
加密、解密，從而達(dá)到了
反破解的目的。
關(guān)于這部分的內(nèi)容，我也不是很專業(yè)，找了下面一些資料，感興趣的小伙伴可以再深入了解一下：
SRAM PUF技術(shù)(https://www.intrinsic-id.com/zh-CN/SRAM的PUF/)
PUF ：一種讓芯片更安全的新技術(shù)(http://news.eeworld.com.cn/IoT/ic494467.html)
PUF物聯(lián)網(wǎng)安全秘鑰生成技術(shù)(https://www.wulianwangiot.com/iotanquan/4395.html)
—— The End ——
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