Fpga產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)技術(shù)，特別涉及一種基于加密芯片模塊的FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]FPGA(Field Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在 PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。其最大特點(diǎn)為可編程及在線動(dòng)態(tài)重構(gòu)，這使得應(yīng)用FPGA后能夠顯著降低成本和縮短設(shè)計(jì)周期，近年來隨著FPGA性能的提高和成本的下降，其使用范圍越來越廣。
[0003]FPGA在系統(tǒng)上電時(shí)將片外PROM中的BIT數(shù)據(jù)流加載到片內(nèi)SRAM中，完成對FPGA的編程，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的不同功能。該流程使得監(jiān)測FPGA加載管腳的數(shù)據(jù)流就可實(shí)現(xiàn)對FPGA功能設(shè)計(jì)的復(fù)制。由此產(chǎn)生的盜版現(xiàn)象使設(shè)計(jì)者承受著巨大的經(jīng)濟(jì)損失，每年由于盜版導(dǎo)致的損失高達(dá)數(shù)千億美元，而且還在以每年12?15%的速率增加；除經(jīng)濟(jì)損失外，應(yīng)用在軍工、航天等特殊場合的FPGA設(shè)計(jì)一旦被破解，造成的后果將是無法估量的，因此如何有效保護(hù)FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)的知識產(chǎn)權(quán)變得越來越重要。
[0004]現(xiàn)有FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案大致可分為直接加密法和鑒權(quán)法，其中直接加密法要求特定型號FPGA，因而在應(yīng)用上有很大局限性；而基于加密芯片模塊的鑒權(quán)法與FPGA型號無關(guān)，應(yīng)用更加廣泛。
[0005]如圖1所示，以基于Maxim公司推出的一種加密芯片的鑒權(quán)法為例，其方案流程為:FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)程序啟動(dòng)后產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，并通過Ι-wire協(xié)議將該隨機(jī)數(shù)發(fā)送給加密芯片模塊；加密芯片模塊根據(jù)隨機(jī)數(shù)、事先協(xié)商好的密鑰等數(shù)據(jù)通過諸如SHA-1算法等加密算法得到唯一的MAC(信息認(rèn)證碼)值，并同樣經(jīng)由Ι-wire協(xié)議回傳給FPGA。FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)程序?qū)⒓用苄酒K得出的MAC值與本地按相同數(shù)據(jù)相同算法得到的MAC值進(jìn)行匹配，若兩者一致，則判定FPGA程序運(yùn)行在授權(quán)環(huán)境下，認(rèn)證成功，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，反之，認(rèn)證失敗，進(jìn)入非正常工作狀態(tài)。
[0006]由此可知，若加密芯片模塊中未寫入約定好的密鑰，即使FPGA程序及相關(guān)電路遭到復(fù)制，破解者仍不能得到正常工作的FPGA系統(tǒng)，從而有效保護(hù)了設(shè)計(jì)者的知識產(chǎn)權(quán)，設(shè)計(jì)者也可以通過加密芯片模塊的發(fā)放數(shù)量實(shí)現(xiàn)套量控制。
[0007]上述方案存在如下缺點(diǎn):
[0008]1.現(xiàn)有的FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案只能對當(dāng)前工作環(huán)境是否為授權(quán)環(huán)境進(jìn)行認(rèn)證，而無法同時(shí)支持設(shè)計(jì)者對FPGA內(nèi)部各功能的權(quán)限配置，設(shè)計(jì)者如需對不同用戶開放不同功能權(quán)限，則需要其他外設(shè)輔助完成；
[0009]2.現(xiàn)有的FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案只能通過加密芯片模塊的發(fā)放數(shù)量實(shí)現(xiàn)套量控制，而不能支持設(shè)計(jì)者對不同用戶進(jìn)行授權(quán)次數(shù)的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法及系統(tǒng)，改善傳統(tǒng)技術(shù)中存在的無法支持設(shè)計(jì)者對FPGA內(nèi)部功能的權(quán)限配置和對不同用戶進(jìn)行授權(quán)次數(shù)控制的問題。
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)系統(tǒng)，包括:
[0012]FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊，用于在系統(tǒng)上電后產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)送給加密芯片模塊，并獲取加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值；采用權(quán)限控制字結(jié)合原始密鑰根據(jù)密鑰算法產(chǎn)生新密鑰，并將產(chǎn)生的新密鑰與隨機(jī)數(shù)根據(jù)加密算法計(jì)算獲得本地MAC值，將加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值與本地MAC值進(jìn)行比較認(rèn)證，若認(rèn)證成功則向加密芯片模塊輸出權(quán)限控制字；若未成功認(rèn)證，則繼續(xù)進(jìn)行迭代認(rèn)證:采用權(quán)限控制字與新密鑰根據(jù)密鑰算法迭代出下一級密鑰，將下一級密鑰作為新密鑰與隨機(jī)數(shù)根據(jù)加密算法計(jì)算獲得本地新的MAC值，并將加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值與本地新的MAC值進(jìn)行比較；如此循環(huán)，直至認(rèn)證成功或者權(quán)限控制字的迭代次數(shù)超過授權(quán)次數(shù)而導(dǎo)致本次認(rèn)證失敗；
[0013]加密芯片模塊，用于在收到FPGA發(fā)送的隨機(jī)數(shù)后，根據(jù)隨機(jī)數(shù)及存儲的動(dòng)態(tài)密鑰根據(jù)加密算法計(jì)算獲得MAC值，并發(fā)送給FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊，在收到FPGA產(chǎn)權(quán)模塊發(fā)送的權(quán)限控制字后結(jié)合該權(quán)限控制字及存儲的動(dòng)態(tài)密鑰根據(jù)密鑰算法產(chǎn)生新的動(dòng)態(tài)密鑰，并以所述新的動(dòng)態(tài)密鑰替換存儲的動(dòng)態(tài)密鑰。
[0014]進(jìn)一步的，所述FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊采用多個(gè)權(quán)限控制字結(jié)合原始密鑰根據(jù)密鑰算法產(chǎn)生對應(yīng)的多個(gè)新密鑰，并將產(chǎn)生的多個(gè)新密鑰分別與隨機(jī)數(shù)根據(jù)加密算法計(jì)算獲得對應(yīng)的多組本地MAC值。
[0015]進(jìn)一步的，所述FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊將加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值與本地MAC值進(jìn)行比較認(rèn)證的方法是:
[0016]FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊將加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值與所述計(jì)算獲得的對應(yīng)多組本地MAC值進(jìn)行比較，若有某一組本地MAC值與加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值相等，則認(rèn)證成功；若所有的本地MAC值與加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值都不相等，則未成功認(rèn)證。
[0017]進(jìn)一步的，所述FPGA模塊在認(rèn)證成功后向加密芯片模塊輸出權(quán)限控制字的方法是:
[0018]FPGA模塊在認(rèn)證成功后向加密芯片模塊輸出與加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC相等的本地MAC對應(yīng)的權(quán)限控制字。
[0019]進(jìn)一步的，所述FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊若未成功認(rèn)證，則繼續(xù)進(jìn)行迭代認(rèn)證的方法是:
[0020]首先對各個(gè)權(quán)限控制字的迭代認(rèn)證次數(shù)加1，判斷各個(gè)權(quán)限控制字當(dāng)前的迭代次數(shù)是否超過該控制字對應(yīng)的授權(quán)次數(shù)，若未超過，則繼續(xù)采用該權(quán)限控制字與對應(yīng)的新密鑰根據(jù)密鑰算法迭代出下一級密鑰，將下一級密鑰作為新密鑰與隨機(jī)數(shù)根據(jù)加密算法計(jì)算獲得本地新的MAC值，并將加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值與本地新的MAC值進(jìn)行比較認(rèn)證，如此循環(huán)，直至認(rèn)證成功或者所有的權(quán)限控制字當(dāng)前的迭代次數(shù)均超過對應(yīng)的授權(quán)次數(shù)而導(dǎo)致本次認(rèn)證失敗。
[0021]此外，本發(fā)明還提供了一種FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法，其包括以下步驟:
[0022]A.系統(tǒng)上電，F(xiàn)PGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)并發(fā)送給加密芯片模塊；
[0023]B.加密芯片模塊獲取隨機(jī)數(shù)并結(jié)合該隨機(jī)數(shù)及存儲的動(dòng)態(tài)密鑰根據(jù)加密算法計(jì)算獲得MAC值，發(fā)送該MAC值給FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊；
[0024]C.FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊采用權(quán)限控制字結(jié)合原始密鑰根據(jù)密鑰算法產(chǎn)生新密鑰，并將產(chǎn)生的新密鑰與隨機(jī)數(shù)根據(jù)加密算法計(jì)算獲得本地MAC值；
[0025]D.FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊將本地MAC值與從加密芯片模塊獲得的MAC值進(jìn)行比較認(rèn)證，若認(rèn)證成功，則進(jìn)入步驟E，否則進(jìn)入步驟G ;
[0026]E.FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊向加密芯片模塊輸出權(quán)限控制字；
[0027]F.加密芯片模塊結(jié)合該權(quán)限控制字及存儲的動(dòng)態(tài)密鑰根據(jù)密鑰算法產(chǎn)生新的動(dòng)態(tài)密鑰，并以所述新的動(dòng)態(tài)密鑰替換存儲的動(dòng)態(tài)密鑰，本次認(rèn)證流程結(jié)束；
[0028]G.對該權(quán)限控制字的迭代次數(shù)加I ;判斷該權(quán)限控制字的迭代次數(shù)是否超過授權(quán)次數(shù)，若未超過，則進(jìn)入步驟H，若超過，則認(rèn)證失敗，本次認(rèn)證流程結(jié)束；
[0029]H.采用權(quán)限控制字與新密鑰根據(jù)密鑰算法迭代出下一級密鑰，將下一級密鑰作為新密鑰與隨機(jī)數(shù)根據(jù)加密算法計(jì)算獲得本地新的MAC值，返回步驟D。
[0030]進(jìn)一步的，步驟C中，F(xiàn)PGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊采用多個(gè)權(quán)限控制字結(jié)合原始密鑰根據(jù)密鑰算法產(chǎn)生對應(yīng)的多個(gè)新密鑰，并將產(chǎn)生的多個(gè)新密鑰分別與隨機(jī)數(shù)根據(jù)加密算法計(jì)算獲得對應(yīng)的多組本地MAC值。
[0031]進(jìn)一步的，步驟D中，F(xiàn)PGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊將本地MAC值與從加密芯片模塊獲得的MAC值進(jìn)行比較認(rèn)證的方法是:
[0032]FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)模塊將加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值與所述計(jì)算獲得的對應(yīng)多組本地MAC值進(jìn)行比較，若有某一組本地MAC值與加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值相等，則認(rèn)證成功，進(jìn)入步驟E ;若所有的本地MAC值與加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC值都不相等，則未成功認(rèn)證，進(jìn)入步驟G。
[0033]進(jìn)一步的，步驟E中，所述FPGA模塊在認(rèn)證成功后向加密芯片模塊輸出權(quán)限控制字的方法是:
[0034]FPGA模塊在認(rèn)證成功后向加密芯片模塊輸出與加密芯片模塊產(chǎn)生的MAC相等的本地MAC對應(yīng)的權(quán)限控制字。
[0035]進(jìn)一步的，步驟G中，當(dāng)所有的權(quán)限控制字的迭代次數(shù)均超過對應(yīng)的授權(quán)次數(shù)時(shí)，則認(rèn)證失敗，本次認(rèn)證流程結(jié)束。
[0036]本發(fā)明的有益效果是:
[0037]1、本發(fā)明通過對原始密鑰加入附加信息并進(jìn)行迭代產(chǎn)生新密鑰的方式巧妙的將附加信息(功能權(quán)限控制字)及FPGA程序運(yùn)行次數(shù)存儲到了新產(chǎn)生的密鑰中，對應(yīng)FPGA程序只需存有原始密鑰即可實(shí)現(xiàn)對新密鑰存儲信息的讀取，進(jìn)而指導(dǎo)FPGA程序?qū)δ軝?quán)限及授權(quán)次數(shù)進(jìn)行判定和控制。
[0038]2、本發(fā)明迭代算法中的授權(quán)次數(shù)及芯片中的動(dòng)態(tài)密鑰共同決定了 FPGA程序的剩余可運(yùn)行次數(shù)；每當(dāng)系統(tǒng)認(rèn)證成功一次，F(xiàn)PGA控制加密芯片模塊內(nèi)動(dòng)態(tài)密鑰進(jìn)行一次迭代更新，當(dāng)加密芯片模塊內(nèi)動(dòng)態(tài)密鑰較FPGA中原始密鑰迭代次數(shù)超過授權(quán)次數(shù)后，當(dāng)前環(huán)境轉(zhuǎn)為非授權(quán)環(huán)境。因此，對同樣的FPGA程序只需使用寫入不同動(dòng)態(tài)密鑰的加密芯片模塊即可實(shí)現(xiàn)授權(quán)次數(shù)控制。權(quán)限控制字的存在則使得設(shè)計(jì)者對FPGA程序的權(quán)限功能配置成為可能。
[0039]3、本發(fā)明填補(bǔ)了 FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)相關(guān)應(yīng)用對授權(quán)次數(shù)控制的空白，并為設(shè)計(jì)者提供了更加靈活的FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案。
【附圖說明】
[0040]圖1為傳統(tǒng)技術(shù)中FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案原理圖；
[0041 ] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]本發(fā)明旨在提出一種FPGA產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法及系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)技術(shù)中存在的無法支持設(shè)計(jì)者對FPGA內(nèi)部功能的權(quán)限配置和對不同用戶進(jìn)行授權(quán)次數(shù)控制的問題。在本發(fā)明中，始終將權(quán)限控制字作為附加信息與原始密鑰經(jīng)過密鑰算法存儲到了新密鑰中，對應(yīng)FPGA程序只需存有原始密鑰即可實(shí)現(xiàn)對新密鑰存儲信息的讀取，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者對FPGA功能權(quán)限的配置，另一方面，本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了對FPGA剩余可運(yùn)行次數(shù)的控制:每當(dāng)系統(tǒng)認(rèn)證成功一次，F(xiàn)PGA控制加密芯片模塊內(nèi)動(dòng)態(tài)密鑰進(jìn)行一次迭代更新，當(dāng)加密芯片模塊內(nèi)動(dòng)態(tài)密鑰較FPGA中原始密鑰