嵌入式安全保密模塊的設計及在軟件版權保護中的應用

摘要：

隨著科學技術日新月異，計算機應用的普及，帶來了軟件開發領域的蓬勃發展，軟件開發的艱辛與軟件盜用的輕而易舉，讓許多不法盜版商享受到了世間難有的免費午餐，而軟件開發者和版權所有者看著自己艱苦奮斗得到的勞動成果卻只能感嘆萬分。所以，如何保護開發軟件的版權，變得越來越重要了，我們不可能把版權的保護僅僅寄托在有關的法律上，而且實施版權的自我保護也成為必要的手段。

隨著嵌入式系統逐漸走進我們的日常生活，它也漸漸地和Windows一樣為人熟知，作為應用軟件，嵌入式軟件雖然面對的不是最終的消費者，而是硬件生產廠商，盡管不會輕易發生盜版軟件的現象，但如何量化軟件的使用量，如何保護軟件廠商的利益，這也是我們作為軟件開發者和版權所有者值得重視的問題。

本項目設計方案是基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF (Embedded Security Module based on FPGA)，并通過高密計算返回安全認證碼，通過安全認證碼與密匙校驗，為用戶解決高密數據存儲、身份認證等很多安全問題，這將為軟件版權的保護提供有效的途徑。

1、項目背景

1．1 研究背景

如今計算機應用的飛速發展，使得軟件的應用也突飛猛進，促進了軟件開發領域高速的發展，使得人們的學習、工作、生活更為便捷、簡單、高效！可當我們感受軟件給我們帶來利益的同時，又有誰會去憐憫那些辛勤為軟件開發做出犧牲的開發者和版權所者的勞動成果呢？因此，軟件開發者和版權所者就如何解決保護軟件的版權問題，就顯得尤為急迫。

本設計項目通過ESMF設計，有效地解決了保護軟件版權的問題，實現一套軟件對應一個密匙的模式，從而達到對軟件版權實施強有力的保護。

1．2 本項目的優點

本項目采用硬件描述語言Verilog HDL進行編程設計，主要完成基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF的設計，通過安全保密保密模塊ESMF成功的身份認證，應用軟件才會繼續運行，否則，軟件終止執行，從而起到軟件版權的保護作用。

本設計項目具有如下優點：

（1）具有高性價比、高安全性、高可靠性。

（2）嵌入式安全保密模塊ESMF具有唯一的序列號S/N。

（3）電路設計簡單，易編程，高效率。

1．3應用拓展

本設計項目可應用其他保密領域，譬如保險柜行業，保險密匙，安全保險門等。

2、項目方案

2．1 實現功能

采用硬件描述語言Verilog HDL進行設計，內部實現Chaos加密算法，過串行接口與外部芯片進行數據交換。最終封裝為IP核，方便在FPGA器件中調用與實現。具有高性價比、高安全性、高可靠性的特點，應用于各種嵌入式終端實現數據的安全存儲，實現終端的身份識別與認證等功能。

2．2 方案設計原理

本項目是基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF，完成軟件運行前需要身份認證，以下為本設計項目實施方案的硬件系統框架圖：

圖1 基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF

2．3 認證流程

外接處理器主要分為數據發送、數據接收和數據處理部分。

身份認證過程如下：

1. ESMF復位，從S/N存儲器中調出序列號S/N，向處理器發送序列號S/N。
2. 處理器提取預設的編碼MK，經過Chaos加密算法CSK=Chaos（MK，S/N），計算得出密鑰CSK。
3. 處理器發送CSK，把CSK保存到CSK存儲器中。
4. 處理器隨機產生一個隨機數RND，經過Chaos加密算法Y=Chaos（CSK，RND），計算得出Y值。
5. 處理器把隨機數RND發送給ESMF。
6. ESMF接收到RND后，調用密鑰SCK，通過Chaos加密算法X=Chaos（CSK，RND），計算得出X值。
7. 將X值返回到處理器，將X與Y進行校驗，判斷是否相等。若X與Y相等，那么身份認證成功，軟件繼續運行，否則，軟件終止執行。

以下是系統運行的流程圖：

圖２　　身份認證流程圖