[技术问答] arm单片机可以设置防止读出内部固件吗

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 楼主| 21mengnan 发表于 2025-6-23 17:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
绝大多数现代 ARM 单片机都提供了防止非法读取内部固件的功能。这是保护知识产权和产品安全的关键机制。这些功能通常被称为“读保护”、“代码保护”或“安全特性”。

实现防读取的主要方法有:

熔丝位/选项字节读保护:

原理: 芯片内部有特殊的非易失性存储位(熔丝位或选项字节)。通过编程工具(如 ST-Link, J-Link, 配合厂商的 IDE 或专用工具)设置这些位。

效果:

一旦使能,通过调试接口(如 SWD/JTAG)或系统存储器自举模式直接读取 Flash 内容将被禁止或返回无效数据(如全 0、全 F 或随机数)。

尝试通过调试接口连接芯片可能会被拒绝或需要先解除保护(通常需要芯片擦除)。

级别: 不同厂商和型号提供不同级别的保护:

级别 0: 无保护。

级别 1: 读保护开启。调试接口只能用于调试运行中的代码(需要正确连接),但不能直接读取 Flash/RAM 内容。通常可以通过执行一次芯片全擦除命令来解除保护(这会清空用户 Flash 和选项字节,恢复为级别 0)。

级别 2: 永久性保护(或非常难以解除)。在级别 1 的基础上,禁用芯片全擦除命令。一旦设置,通常无法再通过调试接口连接芯片或修改 Flash。调试接口永久失效(或需要非常规、高成本手段才能恢复,且会破坏原有固件)。这是最高级别的软件读保护。设置前务必确认产品已量产且不再需要更新固件!

 楼主| 21mengnan 发表于 2025-6-23 17:42 | 显示全部楼层
调试接口锁定/禁用:

通常作为读保护功能的一部分实现(如 RDP Level 2)。也可以单独配置选项位来永久禁用 SWD/JTAG 接口,只留下其他通信接口(如 UART, USB, I2C, SPI)用于应用功能。

固件加密:

片上加密引擎: 一些高端或注重安全的 ARM MCU 集成了硬件加密引擎(如 AES)。

原理:

开发者将编译好的固件在外部用密钥加密。

将加密后的固件通过正常方式(如 SWD/JTAG 或串口自举)写入 MCU Flash。

在安全存储区域(如 OTP - One-Time Programmable 存储器或专用安全 Flash 区域)写入解密密钥。

MCU 内部 BootROM 或受信任的引导加载程序在启动时,使用硬件引擎和存储的密钥解密固件,然后加载运行。

效果: 即使攻击者物理上读取了 Flash 的内容,得到的也是加密后的密文。没有密钥,无法还原成可用的程序代码。

优点: 提供非常强的保护。

缺点: 需要管理密钥(安全存储和分发),增加了开发复杂性,BootROM 或引导程序本身也需要是安全的。

安全启动:

与固件加密常结合使用。BootROM 或初始引导加载程序会使用公钥验证应用程序固件的数字签名,确保其完整性和来源可信。只有验证通过的固件才会被加载执行。

效果: 防止未经签名或篡改的固件运行。虽然不直接阻止读取 Flash,但它确保即使 Flash 被读出(如果是加密的,读出也无用),攻击者也无法运行自己修改的恶意固件。

物理防护:

虽然不算是 MCU 内部的功能,但对于极高安全需求,可以采用特殊封装(如具有金属屏蔽层的封装、塑封上覆盖光敏材料、封装内埋入传感器网格)来增加物理开盖探查芯片内部 Flash 存储单元的难度和成本。

重要注意事项:

查阅具体型号的文档: 不同厂商、不同系列的 ARM MCU 实现读保护的具体方法、名称、级别和操作步骤差异很大。务必查阅你所使用芯片的官方参考手册和数据手册中的“Security”、“Memory Protection”、“Option Bytes/Configuration Words”、“Debug Access”等章节。

操作风险:

设置读保护(尤其是高级别或永久性保护)务必谨慎。错误操作可能导致芯片被锁死,无法再次编程或调试(除非使用厂商特定的高权限恢复流程,且通常需要擦除整个芯片)。

强烈建议: 在量产前充分测试保护功能。在开发调试阶段保持读保护关闭。

解除保护:

对于可解除的保护(如 RDP Level 1),解除通常意味着执行一次全芯片擦除。这会清空包括用户固件在内的所有 Flash 内容,并将保护级别恢复为默认(Level 0)。

永久性保护(如 RDP Level 2)通常无法通过正常手段解除。

没有绝对安全: 任何保护措施都可以被**,只是成本和时间问题。读保护功能旨在显著提高攻击门槛,保护大多数应用免受普通黑客或竞争对手的轻易复制。
神明祷告 发表于 2025-7-4 10:17 | 显示全部楼层
是的,ARM 单片机可通过 ** 读保护(Read Protection, RP)** 机制防止固件读出。例如 STM32 的 RDP 级别 1(禁止 JTAG/SWD 调试)或级别 2(永久锁定 Flash),需谨慎操作,部分设置不可逆。
复古留声机 发表于 2025-7-4 22:05 | 显示全部楼层
确实,ARM单片机的读保护功能对于保护知识产权和产品安全至关重要。不同级别的保护可以根据产品需求来设置,确保固件安全。
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