ESP32的flash加密过程及实现

Posted 2022-01-27 小小河神纠结多

文章目录

• 前言
• 一、注意
• 二、flash加密过程
• 三、加密模式
• • 3.1 开发模式加密
  • • 3.1.1 使用ESP32生成的密钥加密
    • 3.1.2 使用自主生成的密钥进行加密
  • 3.2 生产模式加密
  • • 更多信息请转跳：

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前言

       一个项目完成之后，为了防止二次烧录或固件盗版，通常会进行程序加密，就好像STM32的flash写都保护、唯一ID程序加密类似。
       乐鑫给我们提供了flash加密的方案，flash 加密功能用于加密与 ESP32 搭载使用的片外 flash 中的内容。启用 flash 加密功能后，固件会以明文形式烧录，然后在首次启动时将数据进行加密。因此，物理读取 flash 将无法恢复大部分 flash 内容。

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一、注意

       请熟读这篇文章再尝试去做加密实验，因为加密是一次性的，可能会导致因为加密使模组变 “软砖”，加密执行之后，将无法使用 flash_download_tool 工具进行固件烧录，你会得到这样的提示：
 

二、flash加密过程

假设 eFuse 值处于默认状态，且固件的引导加载程序编译为支持 flash 加密，则 flash 加密的具体过程如下：

• 第一次开机复位时，flash 中的所有数据都是未加密的（明文）。ROM 引导加载程序加载固件引导加载程序。

• 固件的引导加载程序将读取 FLASH_CRYPT_CNT eFuse 值（0b0000000）。因为该值为 0（偶数位），固件的引导加载程序将配置并启用 flash 加密块，同时将 FLASH_CRYPT_CONFIG eFuse 的值编程为 0xF。

• 固件的引导加载程序使用 RNG（随机数生成）模块生成 AES-256 位密钥，然后将其写入 flash_encryption eFuse 中。由于 flash_encryption eFuse 已设置编写和读取保护位，将无法通过软件访问密钥。Flash 加密操作完全在硬件中完成，无法通过软件访问密钥。

• Flash 加密块将加密 flash 的内容（固件的引导加载程序、应用程序、以及标有“加密”标志的分区）。就地加密可能会耗些时间（对于大分区最多需要一分钟）。

• 固件引导加载程序将在 FLASH_CRYPT_CNT (0b0000001) 中设置第一个可用位来对已加密的 flash 内容进行标记。设置奇数个比特位。

• 对于 开发模式，固件引导加载程序仅设置 DISABLE_DL_DECRYPT 和 DISABLE_DL_CACHE 的 eFuse 位，以便 UART 引导加载程序重新烧录加密的二进制文件。此外， FLASH_CRYPT_CNT 的 eFuse 位不受写入保护。

• 对于 发布模式，固件引导加载程序设置 DISABLE_DL_ENCRYPT、DISABLE_DL_DECRYPT 和 DISABLE_DL_CACHE 的 eFuse 位为 1，以防止 UART 引导加载程序解密 flash 内容。它还写保护 FLASH_CRYPT_CNT eFuse 位。要修改此行为，请参阅 启用 UART 引导加载程序加密/解密。

• 重新启动设备以开始执行加密镜像。固件引导加载程序调用 flash 解密块来解密 flash 内容，然后将解密的内容加载到 IRAM 中。
         简而言之就是：加密的程序启动之后，首先会由程序引导进行加密。加密需要时间，加密成功之后，会把FLASH_CRYPT_CNT位从0x0变为1或0xf,最后才开始执行用户程序。

三、加密模式

       Flash加密分两种模式，一个是开发模式、另一个则是生产模式。

3.1 开发模式加密

       既然是加密，那肯定需要密钥，乐鑫也给我们提供了两种密钥的加密或生成方法：

3.1.1 使用ESP32生成的密钥加密

       使用这个加密方法的话，密钥是唯一的，而且不可见。密钥不会被保存到系统文件当中，只会随机生成并烧录到efuse分区。
注意：
       在做加密实验之前，且确保模组没有做任何的加密，加密状态的查询指令为，（PORT为串口的端口号）：

espefuse.py -p PORT summary

       本文将以hello_world例程作为例子进行加密，在hello_world目录下运行：

idf.py menuconfig

执行以下操作：

• 启动时使能 flash 加密
• 选择发布模式 （注意一旦选择了发布模式，DISABLE_DL_ENCRYPT 和 DISABLE_DL_DECRYPT eFuse 位将被编程为在 ROM 下载模式下禁用 flash 加密硬件）
• 选择 UART ROM 下载模式（推荐永久性禁用） （注意该选项仅在 CONFIG_ESP32_REV_MIN 级别设置为 3 时 (ESP32 V3) 可用。）默认选项是保持启用 UART ROM 下载模式，然而建议永久禁用该模式，以减少攻击者可用的选项。
• 选择适当详细程度的引导加载程序日志
• 保存配置并退出
  
  然后直接运行：

idf.py flash monitor

加密成功截图:

然后我们可以看一下：FLASH_CRYPT_CNT

可以看到，FLASH_CRYPT_CNT的值被置为 1；就表示已经成功加密。

3.1.2 使用自主生成的密钥进行加密

       使用自主生成的密钥其实就是多了烧录密钥这一步，密钥的生成指令：

espsecure.py generate_flash_encryption_key my_flash_encryption_key.bin

我建议把密钥保存到单独的文件当中，防止误删。生成密钥之后，使用以下指令烧录密钥：

espefuse.py --port PORT burn_key flash_encryption my_flash_encryption_key.bin

下一步，就可以根据3.1.1中的配置烧录

3.2 生产模式加密

       使用开发模式，依旧是可以使用idf.py脚本进行烧录，只不过有次数限制，但是可以关闭加密：

espefuse.py burn_efuse FLASH_CRYPT_CNT

但是生产模式的加密烧录是没有重复烧录机会的，通常在量产时才会用，因为这是一次性的，烧录之后只能通过OTA来进行程序升级。它的配置如下：

直接使用：

idf.py flash monitor

为此，博主的模组就成了“软砖”：

更多信息请转跳：

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/security/flash-encryption.html#flash-encryption-status
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