Xilinx FPGA的程序加密方法

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Xilinx所有的FPGA器件都有Device DNA，这是一个57bit的二进制序列，在器件生产的时候烧死到芯片里面，每个芯片都是唯一的。我们可以根据这个DNA，并结合相关的加密算法，来设计加密的安全流程。在这里，这个DNA安全流程就类似于ATM交易。在ATM上取钱，需要插入银行卡并输入交易密码。如果卡号和密码与存储在银行系统里的ID匹配，就会批准交易，反之，则禁止交易。具体到FPGA上的实现，如下图所示：

在图中，Device DNA是蓝色的部分，加密算法是绿色部分，外部存储器（Flash）是紫色部分。在使用时，我们通过一个比较器给出授权结果，流程如下：

1、器件上电，加载程序，进行FPGA配置。

2、读取FPGA DNA,并将其发送给加密算法。

3、加密算法生成有效的结果。

4、比较结果和存储的校验值，如果结果和存储的校验值相同，则程序可以正常运行。否则，禁止程序运行，或设置定时炸弹，破坏外部设备。

在这里即使DNA被外部用户读取获知，但由于加密算法是自己开发的，别人不知道，这就是整个安全流程的关键，一定要保密。算法是在FPGA架构内实现的，它只是FPGA内几百万个配置位中的少数几位，很难破解。

在这个基础上，还可以根据flash的ID，进一步的加密，如下图：

在FPGA Device DNA的基础上，再结合flash的ID进行二次验证加密，安全性会得到进一度的保障。

另外，在源头上，我们可以设置禁止程序回读的功能，以上几种方法，从硬件和软件上相结合，可以保证设计的安全性。

具体在程序实现时，流程图如下：

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