4.1.4.1.5 授权与签名

授权与签名提供目标芯片签名功能，防止编程后的固件被直接拷贝使用，PowerWriter 提供两种签名算法，一种为ICWKEY签名授权、另一种为Matrix 签名，ICWKEY 为ECDSA 数字签名算法，为非对称签名算法，加密强度高，但资源占用较大，Matrix 为随机矩阵签名，算法简单，资源占用低。

4.1.4.1.5.1 在线签名

创芯工坊提供在线签名服务，详见创芯工坊授权中心帮助文档 帮助中心- (icworkshop.com)。

提示

在线授权配置方法跟PowerWriter 客户端一致，使用方法需要使用创芯工坊客户端进行目标芯片编程，只能使用在线编程模式，每次编程一颗芯片，常用于开发送样。

4.1.4.1.5.2 Matrix

PowerWriter 内置离线授权

PowerWriter 内置了基于随机矩阵算法的 UID 离线授权方法，离线授权界面设置如图所示:

离线授权基础设置包含：

• 密钥地址：密钥地址可以理解为存放授权信息的地址，他的默认地址设定为 芯片Flash 容量 - 12 的位置，上图是 STM32F071CB 的默认存储地址
• 用户密码长度：这里可以填写用户设定密码长度，默认为12字节，可选4字节，8字节长度，未来这个功能将会升级为自动，匹配芯片UID长度。
• 数据存储模式：数据存储模式分为小端模式和大端模式
• 用户密码(3组用户密码)：根据设定可以设定最多三种用户密码
• Matrix 编码：Matrix 编码定义了用户可以编辑的离线授权的加密矩阵，如下图所示：

PowerWriter 离线授权随机矩阵主要包含三个区域，如下所示：

• UID 加密算法编辑器代码编辑预览：此区域提供了代码预览和代码快速编辑的功能，通过随机生成代码或者手动修改算法矩阵，都可以实时显示在此区域，如需手动编辑算法矩阵，请参考自定义UID 修改说明的操作流程。
• 随机生成：随机生成功能将会生成随机矩阵数组。
• 检查代码：验证当前矩阵数组的强度。
• 导出源码：设置好的信息导出为源码 ( MDK 示例)。

生成的项目文件见下图所示:

• cortex_chipid_binding.c：芯片UID 签名代码源文件，以下说明 cortex_chipid_binding 中的代码组成结构：

花指令：通过指令开启花指令，花指令的作用是在原始的矩阵中混入一些无关的代码，让反编译看到的结果和预想中有出入，增加分析难度，此方法对于芯片保护级别只有0和1 两级的芯片尤其有用，用过可以通过以下开关进行开启或者关闭花指令

#define ENABLE_JUNK_CODE    1   //Enable/Disable junk code

#define ENABLE_JUNK_CODE    1   //Enable/Disable junk code 

#if ENABLE_JUNK_CODE
static char mJunkCodeVar[UID_KEY_LENGTH];   //junkCode for mix

//The following code may warn in KEIL(MDK), ignore it
static void ChipUIDAlgo(char pUserID[], char pChipID[], char pKey[])
{
    pKey[0] = pUserID[5] + pChipID[7] & pUserID[3] | pChipID[6] ;
    mJunkCodeVar[2] = pChipID[4] ^ pChipID[9] - pKey[11] ^ pKey[4] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[10] = mJunkCodeVar[11] + pUserID[0] * pUserID[1] & pChipID[8] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[1] = pChipID[5] * pChipID[9] - pChipID[2] ^ pChipID[0] ;
    pKey[2] = pUserID[4] ^ pChipID[4] - pUserID[1] * pUserID[8] ;
    mJunkCodeVar[11] = pKey[3] | pChipID[10] | mJunkCodeVar[2] + pKey[2] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[2] = pUserID[7] & pChipID[1] | mJunkCodeVar[9] + pKey[8] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[10] = pUserID[9] & pUserID[7] * mJunkCodeVar[5] | pUserID[11] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[3] = pUserID[10] & pUserID[7] + pUserID[2] | pChipID[1] ;
    mJunkCodeVar[3] = pChipID[1] | mJunkCodeVar[3] + pChipID[0] & pUserID[3] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[2] = mJunkCodeVar[5] & pKey[8] | mJunkCodeVar[7] & pUserID[3] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[8] = pKey[4] ^ pKey[8] * pChipID[8] * mJunkCodeVar[8] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[4] = pChipID[11] & pUserID[0] + pChipID[8] - pUserID[9] ;
    mJunkCodeVar[11] = pChipID[7] ^ mJunkCodeVar[6] + mJunkCodeVar[10] | pUserID[6] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[3] = pUserID[5] + mJunkCodeVar[4] - mJunkCodeVar[2] ^ pChipID[11] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[2] = mJunkCodeVar[2] | pUserID[4] ^ mJunkCodeVar[9] + pKey[1] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[5] = pUserID[6] * pChipID[10] ^ pChipID[3] | pUserID[11] ;
    mJunkCodeVar[5] = pKey[4] * pKey[4] + pChipID[3] ^ pUserID[1] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[6] = pUserID[0] - pChipID[1] + pUserID[10] | pUserID[2] ;
    mJunkCodeVar[10] = pChipID[11] * pKey[11] * pUserID[1] + mJunkCodeVar[6] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[7] = pUserID[11] * pUserID[1] ^ pUserID[9] & pChipID[4] ;
    mJunkCodeVar[10] = pKey[4] - pKey[8] & pUserID[5] | pUserID[2] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[0] = pChipID[7] ^ pKey[3] - pChipID[4] ^ pChipID[0] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[1] = pChipID[5] ^ mJunkCodeVar[7] | pKey[7] - pKey[8] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[8] = pChipID[9] & pUserID[6] | pChipID[2] + pChipID[7] ;
    mJunkCodeVar[4] = mJunkCodeVar[5] | mJunkCodeVar[0] | pKey[4] + pChipID[7] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[8] = pUserID[1] + pUserID[2] + pKey[10] - mJunkCodeVar[7] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[9] = pUserID[7] - pUserID[4] * pChipID[6] ^ pChipID[11] ;
    pKey[10] = pChipID[3] ^ pUserID[3] * pChipID[8] - pUserID[8] ;
    mJunkCodeVar[0] = pUserID[6] | pUserID[4] - mJunkCodeVar[2] + pUserID[8] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[11] = mJunkCodeVar[5] + pKey[0] ^ mJunkCodeVar[7] | pChipID[11] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[9] = pChipID[11] | pUserID[1] & pChipID[2] + pChipID[8] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    pKey[11] = pUserID[5] & pChipID[10] | pChipID[5] + pChipID[0] ;
    mJunkCodeVar[0] = pKey[8] + pKey[0] ^ pUserID[9] + pKey[0] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
    mJunkCodeVar[9] = mJunkCodeVar[0] & pUserID[11] + pChipID[8] + pKey[7] ;//junk code,Your can remove or add your's junk code
}

#else
//The following code may warn in KEIL(MDK), ignore it
static void ChipUIDAlgo(char pUserID[], char pChipID[], char pKey[])
{
    pKey[0] = pUserID[5] + pChipID[7] & pUserID[3] | pChipID[6] ;
    pKey[1] = pChipID[5] * pChipID[9] - pChipID[2] ^ pChipID[0] ;
    pKey[2] = pUserID[4] ^ pChipID[4] - pUserID[1] * pUserID[8] ;
    pKey[3] = pUserID[10] & pUserID[7] + pUserID[2] | pChipID[1] ;
    pKey[4] = pChipID[11] & pUserID[0] + pChipID[8] - pUserID[9] ;
    pKey[5] = pUserID[6] * pChipID[10] ^ pChipID[3] | pUserID[11] ;
    pKey[6] = pUserID[0] - pChipID[1] + pUserID[10] | pUserID[2] ;
    pKey[7] = pUserID[11] * pUserID[1] ^ pUserID[9] & pChipID[4] ;
    pKey[8] = pChipID[9] & pUserID[6] | pChipID[2] + pChipID[7] ;
    pKey[9] = pUserID[7] - pUserID[4] * pChipID[6] ^ pChipID[11] ;
    pKey[10] = pChipID[3] ^ pUserID[3] * pChipID[8] - pUserID[8] ;
    pKey[11] = pUserID[5] & pChipID[10] | pChipID[5] + pChipID[0] ;
}

#endif

U32DataEndiaSwap：32位数据大小端交换函数

/**
  * @brief  Data Endian Swap in uint32
  * @note   Please keep the burner and project consistent, do not modify it
  * @retval None
  */

void U32DataEndiaSwap(uint32_t * pBuffer, uint32_t size)
{
    int i;
    for(i = 0; i < size; i ++){
        pBuffer[i] = BigLittleSwap32(pBuffer[i]);
    }
}  

导出的变量：包括签名信息等。

/* store full chipID */
static char mChipID[UID_CHIP_SIZE];

/* initial chip id */
static uint32_t mChipAddr;                  //global 

/* calc key compare with  mKey */
static char mCalcKey[UID_KEY_LENGTH];    


/* store full userID */
static char mUserID[] = {
#if (UID_USERID_LENGTH == 4)
    (UID_USERID_KEY1 & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>8) & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>16) & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>24) & 0xff),
#elif (UID_USERID_LENGTH == 8)
    (UID_USERID_KEY1 & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>8) & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>16) & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>24) & 0xff),
    (UID_USERID_KEY2 & 0xff),((UID_USERID_KEY2>>8) & 0xff),((UID_USERID_KEY2>>16) & 0xff),((UID_USERID_KEY2>>24) & 0xff)
#else
    (UID_USERID_KEY1 & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>8) & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>16) & 0xff),((UID_USERID_KEY1>>24) & 0xff),
    (UID_USERID_KEY2 & 0xff),((UID_USERID_KEY2>>8) & 0xff),((UID_USERID_KEY2>>16) & 0xff),((UID_USERID_KEY2>>24) & 0xff),
    (UID_USERID_KEY3 & 0xff),((UID_USERID_KEY3>>8) & 0xff),((UID_USERID_KEY3>>16) & 0xff),((UID_USERID_KEY3>>24) & 0xff)
#endif
};

/* Store the key calculated by the burner   */
#if UID_KEYADDR_PLACEHOLDER_EN
const static char mKey[UID_KEY_LENGTH] __attribute__((section(UID_KEYADDR_INNER)))
#if UID_ENABLE_TAG
= 
{

    #if (UID_KEY_LENGTH == 4)
        UID_KEY_TAG & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 8) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 16) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 24) & 0xff
    #elif (UID_KEY_LENGTH == 8)
            UID_KEY_TAG & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 8) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 16) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 24) & 0xff,
            UID_KEY_TAG & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 8) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 16) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 24) & 0xff
    #else
            UID_KEY_TAG & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 8) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 16) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 24) & 0xff,
            UID_KEY_TAG & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 8) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 16) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 24) & 0xff,
            UID_KEY_TAG & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 8) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 16) & 0xff,(UID_KEY_TAG >> 24) & 0xff
    #endif

}
#endif
;
#else
    //no license placeholder
#endif

mChipID： 用于存储芯片的UID，在启动的时候需要初始化一次，针对部分芯片UID 不连续的，在初始化的时候合并成连续的数据存储。

mChipAddr：用于存储混淆过的芯片UID 地址信息，混淆过后无法在二进制代码中找到芯片的ID地址信息。

mCalcKey：用于存储动态Matrix 编码的计算的结果，也就是存储正确密码。

mUserID：存储用户设定的密码信息。

mKey：存储PowerWriter 量产时写入的正确密码数据，在代码动态计算如果mCalcKey 和 mKey不匹配，说明此代码被非法拷贝,从而实现拒绝运行的目的。

void ChipUIDInitial()：此函数用于初始化 UID 信息，为了隐藏芯片的真实UID ，PowerWriter 在导出源代码时，会将UID_CHIP_ADDR 与 随机数 UID_CHIP_ADDR_MIX 进行异或运算，使其在编译好的Bin 文件 hex 中不会显示真实的ID 地址，然后在 ChipUIDInitial 中在动态初始化，将正确的UID 存储在内存中，此函数分为以下几个功能：

• 在代码运行时 计算UID 地址。
• 将UID 地址安全转移到另外一个变量。
• 检查UID 转移代码是否被非法篡改或者无效地址。
• 对于连续UID 地址和 非连续UID 地址拷贝到同一个UID数组中。

/**
  * @brief  Initialization chip ID. Called at initialization time
  * Note:   Please do not place ChipUIDAlgo_Calc in the same place as ChipUIDAlgo_Check
  * @retval void
  */
void ChipUIDInitial()
{
    //restore real id Addr
    int i = 0;
    
        uint32_t chipIDAddr = 0;
    uint32_t mask = 0x0000000f;

    mChipAddr = UID_CHIP_ADDR;
    mChipAddr ^= UID_CHIP_ADDR_MIX;

    //Do not read directly from the address,you could use your's style
  
        for ( i = 0; i < sizeof(uint32_t) * 2; i++)
    {
        chipIDAddr |= mChipAddr & (mask << i * 4);
    }
    //If it has been modified by decompiling, exit
    if (chipIDAddr == 0 || chipIDAddr == 0xffffffff)
        return;
        //copy to array
#if ((defined STM32L1_Series) || (defined STM32L0_Series)) //offset 0x00,0x04,0x14
    for (i = 0; i < UID_CHIP_SIZE; i++)
    {
        mChipID[i] = *(uint8_t *)chipIDAddr;
        if (i != 7)
        {
            chipIDAddr++;
        }
        else
        {
            chipIDAddr += 0x0D;
        }
    }
#else
    for (i = 0; i < UID_CHIP_SIZE; i++)
    {
        mChipID[i] = *(uint8_t *)chipIDAddr;
        chipIDAddr++;
    }
#endif
}

ChipUIDAlgo_Calc: 用于计算UID Matrix 矩阵计算，这里并非直接调用 Matrix 矩阵算法：

/**
  * @brief  Calculate the key
  * Note:   Before calling. Must have called ChipUIDInitial    
  * @retval pKey
  */

char * ChipUIDAlgo_Calc()
{
  ChipUIDAlgo_Typedef func = ChipUIDAlgo;
    (*func)(mUserID,mChipID,mCalcKey);
    if(UID_DATAENDIAN == bigEndian){
        U32DataEndiaSwap((uint32_t *)mCalcKey,sizeof(uint32_t));
    }
    return mCalcKey;
}

ChipUIDAlgo_Check：此函数用于验证动态计算的结果和PowerWriter 的结果是否完全一致。

/**
  * @brief  Check the key
  * Note:   Before calling. Must have called ChipUIDInitial    
  * @retval if key is same then retun true,Otherwise, return false
  */

bool __inline ChipUIDAlgo_Check()
{
        const char *mLicAddr = 0;
    int mLicAddrI32 = 0;

        ChipUIDAlgo_Calc();

    mLicAddrI32 = UID_KEYADDR_INNER_MIXED;
    mLicAddrI32 ^= UID_KEYADDR_MIX;
    mLicAddr = (char *)(mLicAddrI32);

    return 0 == memcmp(mCalcKey, mLicAddr, UID_KEY_LENGTH);
}

cortex_chipid_binding.h

#define STM32F0_Series  //当前芯片的系列
#define STM32F071xB         //当前芯片的型号
#define UID_CHIP_SIZE       12  //当前芯片ID的长度，默认都是12字节
#define UID_CHIP_ADDR_MIX    0xE4E23C7A //用于隐藏芯片ID 地址在代码中的位置
#define UID_CHIP_ADDR      0xFB1DCBD6  //芯片ID在内存中的地址
#define UID_ENABLE_TAG     0  //当为1时,将会对有占位符的授权地址填充**UID_KEY_TAG**
#define UID_KEY_TAG      0x5AA5A55A  //有占位符标记
#define UID_KEY_LENGTH   12        //用户输入的密码长度
#define UID_KEYADDR_INNER  ".ARM.__at_0x0801FFF4"  //授权数据再内存中的地址
#define UID_KEYADDR_PLACEHOLDER_EN  0    //是否在代码中开启授权数据占位符
#define UID_KEYADDR_MIX        0xF4A77775      //授权地址混淆随机数
#define UID_KEYADDR_INNER_MIXED  (0x0801FFF4 ^ UID_KEYADDR_MIX)  //授权数据存储地址
#define UID_USERID_LENGTH       UID_KEY_LENGTH    //用户密码长度
#define UID_USERID_KEY1        0x097FA3EF        //用户密码 1
#define UID_USERID_KEY2        0x438A3070        //用户密码 2
#define UID_USERID_KEY3        0xC3F2AB5E        //用户密码 3
#define  UID_DATAENDIAN        littleEndian       //数端序定义

main.c：测试入口

#include "cortex_chipid_binding.h"

void SystemInit()
{
    //don't call ChipUIDInitial() at here
    //...
}

int main()
{
    //Initial Chip
    ChipUIDInitial();

    //user code
    //......

    //Check in your code
    bool ret = ChipUIDAlgo_Check();
    if(ret){
        //ok
    }else{
        //false
    }
}

• 编译并保存：将设置好的PowerWriter 内置授权功能同步到PowerWriter 硬件。

注意

如修改密钥地址、长度、端序、或者密码信息、需要重新打开Matrix 编辑器，重新点击编译并保存，避免出现信息不同步。

生成的Demo中实际需要使用的只有 cortex_chipid_binding.c 和 cortex_chipid_binding.h，其他文件为辅助文件。

提示

参考视频：powerwriter内置Matrix自定义授权

PowerWriter内置Matrix集成到项目流程

Matrix 的使用方法也可参考ICWKEY 的使用方法，详见 Matrix 配置方法 ，Matrix 的代码结构详解参考 Matrix demo 演示教程。

4.1.4.1.5.3 Matrix锁定模式

Matrix 的锁定模式和 Matrix 的区别在于，锁定模式配置完成后，保存项目或者导出设置，无法再次配置或者修改配置，演示如下：

4.1.4.1.5.4 ICWKEY

ICWKEY 的使用教程，详见 ICWKEY 用户手册。

4.1.4.1.5.5 ICWKEY锁定模式

ICWKEY 的锁定模式，跟Matrix 的锁定模式效果相同，使用锁定模式之后，在重新打开项目或者导入配置时，无法再次编辑，见 Matrix锁定模式。