单片机系统加密中的动态反跟踪措施
发布时间:2008/9/4 0:00:00 访问次数:557
众所周知， 有一些公司或个人专门做单片机的解密服务，另外，单片机的指令不论怎样加密最终它还要在明文的方式下才能运行， 而且解密者可以使用单片机开发系统单步调试ｒｏｍ中的程序。 当解密者了解了指令的运行过程之后， 也就获得了加密的程序， 如某些智能计价器的运算方法等，通过修改程序并仿制新的ｒｏｍ芯片， 就可以达到解密的目的。因此，对单片机的加密还要在程序的运行上进行加密处理， 也就是程序的动态加密措施。
１ 程序的动态解码
动态解码是对加密程序的指令或数荽虢卸指础？在程序运行时， 有一段指令是专门对某一区域的指令或数据代码解密， 而且当解密后的代码使用完毕， 还要将其重新加密， 使存储器中不存在完整的程序代码。 这种方法对防程序的静态分析很有效， 因为从加密程序的清单上很难看出程序的真实面目。 然而，在程序的反跟踪方面， 动态解码又有其独到之处， 在阻止带断点调试跟踪方面， 由于程序在执行之前是以密文方式出现的， 解密者很难确定断点设置的位置， 稍有不慎就会因解密失败造成系统的破坏（电擦除ｅｐｒｏｍ中的数据）。下面是程序动态解码的具体例子：
……
ｓｕｂ１： ａｄｄ ａ，＃９４ｈ ；虚设的程序段
ｘｒｌ ５４ｈ，＃１３ｈ
……
ｍｏｖ ｒ０，＃２０ｈ
ｍｏｖ ｒ１，＃５
ｍｏｖ ｒ２，＃５５ｈ
ｍｏｖ ｄｐｔｒ，＃ｓｕｂ１
ｍｏｖ ａ，＃００ｈ
ｌｏｏｐ１： ｐｕｓｈ ａ
ｍｏｖｃ ａ，＠ａ＋ｄｐｔｒ
ｘｒｌ ａ，ｒ２ ；异或运算
ｍｏｖ ＠ｒ０，ａ ；存入实际数据
ｐｏｐ ａ
ｉｎｃ ａ
ｉｎｃ ｒ０
ｄｊｎｚ ｒ１，ｌｏｏｐ１
……
该程序是将ｒａｍ地址为２０ｈ开始的数据组（设有５个）进行动态变换， 因为初始的数据组是密码形式的， 它需要在程序运行中改变，在程序的其他段中要使用改变后的数据。这里是用ｓｕｂ１程序段中的指令代码（代码为：２４ｈ，９４ｈ，６３ｈ，５４ｈ，１３ｈ）与５５ｈ进行动态解码，数据５５ｈ是加密数据，它＂异或＂指令代码后得到正确的数据存入２０ｈ开始的单元中（结果为：７１ｈ，ｃ１ｈ，３６ｈ，０１ｈ，４６ｈ）。为了说明动态数据解码过程， 这个例子比较简单， 实际在转入该程序段时， 可以由某些运算生成数据单元地址， 以增强程序的抗分析能力。
２ 程序段防修改
在加密程序中， 所设置的障碍不会只有一处。为了使加密措施完善， 在一些关键地方程序的前后呼应是反破译的有效方法。 解密者为了一些目的， 必然要修改某段程序指令；而程序段防修改就是针对这种解密方法所采用的技术手段。为了达到加密程序的完整性， 可以在程序的关键处取指令或数据代码参加某种运算， 其结果作为判断程序是否被变动的依据。 下面是程序防修改的程序段：
……
ｓｕｂ２： ａｄｄ ａ，＃３５ｈ
ｓｕｂｂ ａ，＃０５ｈ
……
ｍｏｖ ｄｐｔｒ，＃ｓｕｂ２
ｍｏｖ ｒ０，＃３０ｈ
ｍｏｖ ａ，＃１
ｍｏｖ ｒ１，＃３
ｍｏｖ ＠ｒ０，＃２４ｈ ；ｓｕｂ２段第一个指令代码为２４ｈ
ｌｏｏｐ２： ｐｕｓｈ ａ
ｍｏｖｃ ａ，＠ａ＋ｄｐｔｒ
ｘｒｌ ３０ｈ，ａ ；异或运算
ｐｏｐ ａ
ｉｎｃ ａ
ｄｊｎｚ ｒ１，ｌｏｏｐ２
ｍｏｖ ａ，３０ｈ
……
ｃｊｎｅ ａ，＃８０ｈ，ｅｒｒ ；结果与８０ｈ比较
……
ｅｒｒ： ｍｏｖ ａ，＃０ ；错误出口
……
在ｓｕｂ２程序段， 是通过指令计算某些数据的，如收费的算法等。解密者总要修改部分指令， 达到某种目的。然而， 反解密的工作是在后面的ｌｏｏｐ２程序段中，是用到了ｓｕｂ２程序段中的指令字节（这里是用了４个字节）进行运算（这里是用＂异或＂运算），它的结果将直接影响下面程序的正确执行（正确的运算结果为８０ｈ）。如果改变该ｓｕｂ２程序段，则在ｌｏｏｐ２程序段中将程序引入歧途， 会不知不觉地走入迷途。如果在硬件设计上有电擦除ｅｅｐｒｏｍ，可以进一步将程序中的数据修改（或删除），使跟踪者造成设备的＂损坏＂，无法重新分析程序。
上面介绍的单片机加密方法，是阻止解密者非法获得ｒｏｍ中的程序或者使ｒｏｍ中的程序无法在复制的单片机系统中运行。在实际应用中，判断程序正常运行与被跟踪运行是有很多方法的。例如，可以根据时钟计时断
众所周知， 有一些公司或个人专门做单片机的解密服务，另外，单片机的指令不论怎样加密最终它还要在明文的方式下才能运行， 而且解密者可以使用单片机开发系统单步调试ｒｏｍ中的程序。 当解密者了解了指令的运行过程之后， 也就获得了加密的程序， 如某些智能计价器的运算方法等，通过修改程序并仿制新的ｒｏｍ芯片， 就可以达到解密的目的。因此，对单片机的加密还要在程序的运行上进行加密处理， 也就是程序的动态加密措施。
１ 程序的动态解码
动态解码是对加密程序的指令或数荽虢卸指础？在程序运行时， 有一段指令是专门对某一区域的指令或数据代码解密， 而且当解密后的代码使用完毕， 还要将其重新加密， 使存储器中不存在完整的程序代码。 这种方法对防程序的静态分析很有效， 因为从加密程序的清单上很难看出程序的真实面目。 然而，在程序的反跟踪方面， 动态解码又有其独到之处， 在阻止带断点调试跟踪方面， 由于程序在执行之前是以密文方式出现的， 解密者很难确定断点设置的位置， 稍有不慎就会因解密失败造成系统的破坏（电擦除ｅｐｒｏｍ中的数据）。下面是程序动态解码的具体例子：
……
ｓｕｂ１： ａｄｄ ａ，＃９４ｈ ；虚设的程序段
ｘｒｌ ５４ｈ，＃１３ｈ
……
ｍｏｖ ｒ０，＃２０ｈ
ｍｏｖ ｒ１，＃５
ｍｏｖ ｒ２，＃５５ｈ
ｍｏｖ ｄｐｔｒ，＃ｓｕｂ１
ｍｏｖ ａ，＃００ｈ
ｌｏｏｐ１： ｐｕｓｈ ａ
ｍｏｖｃ ａ，＠ａ＋ｄｐｔｒ
ｘｒｌ ａ，ｒ２ ；异或运算
ｍｏｖ ＠ｒ０，ａ ；存入实际数据
ｐｏｐ ａ
ｉｎｃ ａ
ｉｎｃ ｒ０
ｄｊｎｚ ｒ１，ｌｏｏｐ１
……
该程序是将ｒａｍ地址为２０ｈ开始的数据组（设有５个）进行动态变换， 因为初始的数据组是密码形式的， 它需要在程序运行中改变，在程序的其他段中要使用改变后的数据。这里是用ｓｕｂ１程序段中的指令代码（代码为：２４ｈ，９４ｈ，６３ｈ，５４ｈ，１３ｈ）与５５ｈ进行动态解码，数据５５ｈ是加密数据，它＂异或＂指令代码后得到正确的数据存入２０ｈ开始的单元中（结果为：７１ｈ，ｃ１ｈ，３６ｈ，０１ｈ，４６ｈ）。为了说明动态数据解码过程， 这个例子比较简单， 实际在转入该程序段时， 可以由某些运算生成数据单元地址， 以增强程序的抗分析能力。
２ 程序段防修改
在加密程序中， 所设置的障碍不会只有一处。为了使加密措施完善， 在一些关键地方程序的前后呼应是反破译的有效方法。 解密者为了一些目的， 必然要修改某段程序指令；而程序段防修改就是针对这种解密方法所采用的技术手段。为了达到加密程序的完整性， 可以在程序的关键处取指令或数据代码参加某种运算， 其结果作为判断程序是否被变动的依据。 下面是程序防修改的程序段：
……
ｓｕｂ２： ａｄｄ ａ，＃３５ｈ
ｓｕｂｂ ａ，＃０５ｈ
……
ｍｏｖ ｄｐｔｒ，＃ｓｕｂ２
ｍｏｖ ｒ０，＃３０ｈ
ｍｏｖ ａ，＃１
ｍｏｖ ｒ１，＃３
ｍｏｖ ＠ｒ０，＃２４ｈ ；ｓｕｂ２段第一个指令代码为２４ｈ
ｌｏｏｐ２： ｐｕｓｈ ａ
ｍｏｖｃ ａ，＠ａ＋ｄｐｔｒ
ｘｒｌ ３０ｈ，ａ ；异或运算
ｐｏｐ ａ
ｉｎｃ ａ
ｄｊｎｚ ｒ１，ｌｏｏｐ２
ｍｏｖ ａ，３０ｈ
……
ｃｊｎｅ ａ，＃８０ｈ，ｅｒｒ ；结果与８０ｈ比较
……
ｅｒｒ： ｍｏｖ ａ，＃０ ；错误出口
……
在ｓｕｂ２程序段， 是通过指令计算某些数据的，如收费的算法等。解密者总要修改部分指令， 达到某种目的。然而， 反解密的工作是在后面的ｌｏｏｐ２程序段中，是用到了ｓｕｂ２程序段中的指令字节（这里是用了４个字节）进行运算（这里是用＂异或＂运算），它的结果将直接影响下面程序的正确执行（正确的运算结果为８０ｈ）。如果改变该ｓｕｂ２程序段，则在ｌｏｏｐ２程序段中将程序引入歧途， 会不知不觉地走入迷途。如果在硬件设计上有电擦除ｅｅｐｒｏｍ，可以进一步将程序中的数据修改（或删除），使跟踪者造成设备的＂损坏＂，无法重新分析程序。
上面介绍的单片机加密方法，是阻止解密者非法获得ｒｏｍ中的程序或者使ｒｏｍ中的程序无法在复制的单片机系统中运行。在实际应用中，判断程序正常运行与被跟踪运行是有很多方法的。例如，可以根据时钟计时断
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