加密芯片 介绍 及 加密芯片选择(加密IC) 加密芯片原理

2022-12-01 11:11
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前端时间有研究多款加密芯片,加密算法实现,以及破解可能,也有一些个人的观点,仅供参考;


一,加密芯片的来源及工作流程:


市面上的加密芯片,基本都是基于某款单片机,使用I2C或SPI等通讯,使用复杂加密算法加密来实现的,流程大致如下:


主控芯片生成随机码 --> 主控芯片给加密芯片发送明文 --> 加密芯片通过加密算法对明文进行加密生成密文 --> 加密芯片返回密文给主控芯片 --> 主控芯片对密文进行解密生成解密值 --> 主控芯片对解密值与之前明文进行对比, 比较值一致则认证通过(认证不通过可进行关机操作);

(用户一般需要集成加密芯片商提供的解密库文件,调用指定库文件接口,来实现解密)

目前市面上的加密芯片种类繁多,从几毛钱到十几块钱价格不等;


二,不同类型加密芯片主要区别:


1)加密算法实现不同:各种加密芯片都是厂家根据需求选择自己偏好的加密算法,进行更改适配,或者直接使用自己自定义的算法进行加密,常见算法介绍及比较详见附录1;



2)封装不同,常见的加密芯片封装有:SOT-23-3,SOT23-6,SOP-8、SOIC-8等;根据板段的设计可选择不同的封装对应的芯片;



3)其他区别:传输协议(I2C、SPI、UART、或者厂家自定义协议)不同,认证速率可靠性不同,开发适配难度差异等;


三,加密芯片的应用:


加密芯片一般广泛应用于给电子产品,防止抄板防止破解,部分常用产品(相机,监控摄像头,儿童数码玩具,行车记录仪,游戏机教育机,执法记录仪,安防设备,平板电脑,对讲机,会议系统,以及其他各种系统电子产品,行业工控机等产品);


四,加密芯片破解的基本操作:


加密芯片破解,一般破解公司会通过抓取明文以及密文内容,通过读取大量不同的明文和密文值,进行算法分析和破解,当耗费大量时间经历将加密算法分析出来后,另选一个相同封装尺寸的加密芯片,集成破解算法后替换原有加密芯片;


备注:特别需要注意的是,明文的发送,建议使用真正的不可预知的随机数进行发送(如果每次都发送固定的几组明文,破解人员只需将该明文对应密文抓取出来,收到明文返回对应密文即可完成破解),建议在代码多个地方进行加密认证;在明文真正做到随机数的情况下,破解难度就取决于加密算法的复杂程度了;当然也会有其他更安全的因素可以提高破解风险,在此就不过多论述了;


五,加密芯片的如何选择(仅个人认为):


1)价钱:在产品量大情况下,建议选择便宜的加密芯片,大批量产品价格能够在一元一下会比较合适(当然越便宜越好);


2)安全性:不同加密芯片,主要却别在于所选单片机不一样,加密芯片开发人员不一样,加密方式实现的差异;只要加密芯片实现方式上没有很大漏洞,以及加密算法不过于简单,所选加密芯片基本会有一定安全性, 大品牌加密方式复杂但破解者也更多,相比而言亦不占优势,小品牌不知名加密芯片加密算法复杂性可能欠缺但无人破解,相对也会有一定安全性;


3)其他:①加密芯片最好选择有私有密钥的(这样针对不同客户的加密芯片就会有区别);②如果可能可以与加密芯片提供方要求,在原有加密算法基础上,集成一部分自己的数学运算进入到加密芯片算法内,以提高加密性;③如果对认证速率有要求最好选择认证速率相对较快的芯片,这样不会影响到开机速度和系统运行;


之前使用过“KT-AES加密芯片”性价比相对较高(另一篇文章有介绍如何适配),对于加密芯片如何选择不做具体推荐,选择哪款加密芯片视个人情况进行筛选;



A)其中市面常见的加密算法如下:



①MD5算法:MD5 用的是 哈希函数,它的典型应用是对一段信息产生 信息摘要,以 防止被篡改。严格来说,MD5 不是一种 加密算法 而是 摘要算法。无论是多长的输入,MD5 都会输出长度为 128bits 的一个串 (通常用 16 进制 表示为 32 个字符)。



②SHA1算法:SHA1 是和 MD5 一样流行的 消息摘要算法,对于长度小于 2 ^ 64 位的消息,SHA1 会产生一个160 位的 消息摘要。基于 MD5、SHA1 的信息摘要特性以及 不可逆 (一般而言),可以被应用在检查 文件完整性 以及 数字签名 等场景;



③HMAC算法:HMAC 是密钥相关的 哈希运算消息认证码(Hash-based Message Authentication Code),HMAC 运算利用 哈希算法 (MD5、SHA1 等),以 一个密钥 和 一个消息 为输入,生成一个 消息摘要 作为 输出。



④DES算法:DES 加密算法是一种 分组密码,以 64 位为 分组对数据 加密,它的 密钥长度 是 56 位,加密解密 用 同一算法。DES 加密算法是对 密钥 进行保密,而 公开算法,包括加密和解密算法。这样,只有掌握了和发送方 相同密钥 的人才能解读由 DES加密算法加密的密文数据。因此,破译 DES 加密算法实际上就是 搜索密钥的编码。对于 56 位长度的 密钥 来说,如果用 穷举法 来进行搜索的话,其运算次数为 2 ^ 56 次。



⑤3DES算法:是基于 DES 的 对称算法,对 一块数据 用 三个不同的密钥 进行 三次加密,强度更高。



⑥AES 加密算法是密码学中的 高级加密标准,该加密算法采用 对称分组密码体制,密钥长度的最少支持为 128 位、 192 位、256 位,分组长度 128 位,算法应易于各种硬件和软件实现。这种加密算法是美国联邦政府采用的 区块加密标准。AES 本身就是为了取代 DES 的,AES 具有更好的 安全性、效率 和 灵活性。



⑦RSA算法:RSA 加密算法是目前最有影响力的 公钥加密算法,并且被普遍认为是目前 最优秀的公钥方案 之一。RSA 是第一个能同时用于 加密 和 数字签名 的算法,它能够 抵抗 到目前为止已知的 所有密码攻击,已被 ISO 推荐为公钥数据加密标准。



⑧ECC算法:



ECC 也是一种 非对称加密算法,主要优势是在某些情况下,它比其他的方法使用 更小的密钥,比如 RSA 加密算法,提供 相当的或更高等级 的安全级别。不过一个缺点是 加密和解密操作 的实现比其他机制 时间长 (相比 RSA 算法,该算法对 CPU 消耗严重)。



B)加密算法对比:



附图1_1:散列算法比较 :



附图1_2:对称加密算法比较 :



附图1_3:非对称加密算法比较: