一篇帶給你軟件加密的攻與防
- 純軟件加密
- 加密芯片
- 加密芯片的兩種硬件連接形式
- 加密過程
- 加密保護的攻與守
破解思路1：從軟件入手，繞開加密點
破解思路2：從加密狗的驅動程序入手，偽造驅動程序
破解思路3：從加密狗硬件入手，仿制加密狗
PUF：物理上無法克隆
當你辛辛苦苦、歷經萬難，成功開發出一套軟件的時候，如果有黑客從授權電腦上破解了軟件，然后大量拷貝、倒賣，你會是什么樣的心情?
如果你沒有感覺、或者無所謂的話，那只能說明目前寫的程序還不是足夠的優秀，還沒有進入黑客的目光中~~
但是，在很多看不到的戰場上，軟件的破解和反破解大戲，時刻都在上演著。
以前聽過這么一個段子：任何一家公司都不會公開說自家的軟件是最安全的。
只要他說出來，就會分分鐘遭到破解，因為這樣的聲明，無疑是給黑客們下了一道挑戰書。
軟件加密的攻與防，是一個沒有終極結果的無限游戲，只會永遠進行下去。
但是，這并不妨礙我們給自己的軟件，加上一道防火墻，在一定的范圍內，最大程度的保護自己的勞動成果。
這篇文章我們就來聊聊關于軟件加密的那些事!
這篇文章的素材，來源于兩年前為一個客戶開發的一款軟件。
上周末偶遇到當時對接的技術人員，聊到了之前的那個產品，于是就有了此文。
純軟件加密
我們在安裝一些有版權的軟件時，一般都會要求輸入一個序列號。
當這個序列號被輸入之后，它就與當前這臺電腦的硬件信息進行綁定。
換句話說，如果把這個軟件安裝在另一臺電腦中時，輸入同樣的序列號，肯定是無法運行的。
因為在第一次安裝的時候，軟件就會搜集當前電腦的 CPU、硬盤、主板、網卡等硬件信息，并且把這些信息與序列號進行綁定。
當然了，每一個軟件選擇哪些硬件信息不是確定的。因為要考慮到用戶會更換硬盤、更換網卡硬件設備等。
因此，大部分軟件都是搜集那些更換可能性比較小的硬件，并且對不同的硬件賦予不同的權重，來計算一個最終的結果。
在很多的消費類產品、工業產品中，都是按照這樣的思路來對軟件產品進行保護的。
其中的缺點很明顯：
- 無法做到唯一的標識一臺設備：盡管對很多的硬件信息進行采集，但是無法確定一臺電腦的絕對唯一性;
- 無法阻止硬件信息復制：如果黑客知道了軟件的保護策略，他就可能去把多臺電腦的硬件信息修改成完全一樣的，這樣的話，所有這些電腦都變成“合法”的設備了;
也許，這樣的事情對于我們平常使用的電腦來說根本不會發生，但是在一些工業產品中，這樣的破解方式就不得不被重視了。
這樣的軟件保護方式，是所有純軟件加密保護的缺點，無法徹底的解決，只能通過使用各種小技巧來降低被破解的可能性。
加密芯片
加密芯片，就是專門用來進行加密的芯片，這樣說好像等于沒說一樣!
其實就是利用加密芯片本身，來保護另一個軟件或者硬件不被破解。
我們這里就拿軟件舉例，它倆的邏輯關系如下：
在軟件運行的過程中，定期的與加密芯片進行通信。
只有當加密芯片返回正確的結果時，軟件才會正常的執行。
如果加密芯片不存在、或者加密芯片是一個假的仿制品，那么被保護的軟件就可以立刻偵測到，從而停止運行，這樣就達到了保護的目的。
即使通過各種手段把軟件拷貝出來，放在另一臺設備中去執行，由于沒有對應的加密芯片，因此軟件也會拒絕執行。
加密芯片的兩種硬件連接形式
隨著軟、硬件的不斷發展，生產工藝的不斷提高，各種加密需求場景的層出不窮，加密芯片的存在形式也是多種多樣。
最常見的就是類似于信用卡使用的 U 盾那種形式，通過 USB 接口與電腦(或其他硬件設備)進行連接：
通常，把這種通過 USB 接口連接的加密設備稱作 Dongle(加密狗)。
另外，還有一種在嵌入式設備中比較常見的連接方式：把加密芯片通過一根 GPIO 口，與主控芯片進行通信，也就是采用單總線方式進行通信：
以上這兩種連接方式，僅僅是硬件上的不同而已，加密過程、原理都是一樣的!
加密過程
我們就拿USB加密狗來描述加密過程:
當我們把一款軟件部署到客戶的設備中時，會為每一臺設備安裝加密狗的驅動程序，并且配置一個加密狗硬件。
每一個加密狗硬件中，都有一個唯一的ID，并且內部被預先燒錄一個秘鑰，這個秘鑰就用來對數據進行加密和解密。
當我們的軟件需要驗證時，就調用加密狗驅動提供的 API 函數。
該 API 函數在接收到軟件調用時，就會通過 USB 口，與硬件加密狗進行通信，發送請求數據。
加密狗在接收到請求數據之后，把計算結果再通過 USB 發送給驅動程序，進而返回到應用程序。
在這個通信過程中，會使用秘鑰對數據進行加密、解密，以此來保證通信鏈路中的數據安全性。
加密保護的攻與守
破解思路1：從軟件入手，繞開加密點
所謂的加密點，就是指在應用程序中，調用加密狗驅動 API 函數的地方。
黑客可以對軟件的二進制代碼進行反編譯，結合加密狗驅動的 API 函數手冊，來分析、找出這些加密點，然后修改二進制代碼，來繞過這些加密點函數調用。
這樣的話，軟件就相當于是裸跑一樣了，完全與加密狗失去了數據交互。
對于這樣的破解方式，我們只能從軟件入手，增加黑客找出加密點的難度了。
例如：在代碼的很多個地方安裝加密點，在一些輔助的動態庫中安裝加密點，對加密點的 API 函數調用進行一些混淆處理，讓 API 函數調用的返回結果參與到軟件的業務邏輯中，這樣的話，就必須調 API 函數才可以讓程序正常執行。
破解思路2：從加密狗的驅動程序入手，偽造驅動程序
黑客們可以根據加密狗驅動的API手冊，自己寫一個偽造的驅動程序，其中包括合法驅動中所有的API函數，每個函數的參數和返回值，都滿足手冊的說明。
這樣的話，偽造驅動程序中的 API 函數，在接收到軟件的調用后，不會與加密狗進行通信，而是直接返回正確的結果給軟件，從而達到破解的目的。
從上圖可以看出：偽造的驅動程序在接收到程序的調用之后，就直接把“正確的”的結果返回了，壓根沒有加密狗硬件什么事情。
這樣的破解方式，利用的就是驅動程序中 API 函數中參數和返回值的靜態特性，而且我們也沒有對驅動程序的合法性進行驗證。
針對以上這兩點，可以設計出相應的反破解方式：
- 不要返回靜態不變的結果，而是利用一定的算法，或者是利用預先準備好的大批量的數據對，返回動態變化的結果給應用程序。這樣的話，黑客就無法通過分析 API 手冊或者抓包，來找到返回數據的規律;
- 可以使用一些額外的加密、指紋信息等，來對驅動代碼的合法性進行檢驗;
破解思路3：從加密狗硬件入手，偽造加密狗
之前我們說到：在加密狗硬件中，存在一個唯一的 ID 和預先放置的秘鑰。
如果要破解加密狗硬件，那么黑客們就必須通過各種手段來復制這些信息。
芯片也能克隆?沒接觸過硬件的小伙伴，可能感覺小小的芯片里成千上萬的晶體管電路怎么可能抄的出來?
可以理解。但是，這個正和逆本身就是共存的。
搞板級硬件的同學可能抄過別人的 PCB 板，IC 逆向類似，只不過需要專業的工具而已。
如今芯片級別的逆向工程已經是非常的成熟了。
對于一些簡單的芯片，2K~3K 的價格就可以分分鐘幫你逆向出來。
關于這部分內容，我不是特別了解，具體的步驟比較多，這里就不一一敘述了。
總之，請你相信：芯片逆向是可能的，這都不是事!放幾張截圖來感受一下：
道高一尺，魔高一丈!攻與守的無限游戲，總是此消彼長。
針對剖片這種終極大招，加密芯片的廠商也不敢懈怠，也想出了很多的破解方式。
例如：在加密芯片之上增加一層覆銅保護，這個覆銅同時充當電源的角色。
當剖片設備在磨掉這層覆銅時，也就破壞了芯片的電源，這樣破解設備就無法通過探針等手段來干擾芯片的工作，因為芯片都停止工作了，壓根就不給你探測的機會。
還要另外一種比較牛逼的方式，來阻止黑客獲取加密狗中的秘鑰信息。
一般來說，秘鑰文件都是存儲在芯片中的非易失性存儲設備(NVM)中的，如果是這樣的，黑客們就比較容易從存儲設備中讀取秘鑰信息。
PUF：物理上無法克隆
近年來，一種稱作 PUF(Physically Unclonable Functions 物理上無法克隆) 的技術非常熱，它通過一種無形的方式來“存儲”秘鑰信息。具體來說是下面這樣：
- 基于PUF的全新安全加密模式是通過硬件PUF安全芯片加密，在 NVM 中只存儲密文信息。
- 密鑰在PUF芯片內部物理結構中，使用即生成，使用后銷毀，全程不對外輸出任何密鑰信息。
- 黑客只能在NVM中獲取密文信息，沒有PUF密鑰，永遠無法解密。
簡單的說，就是在加密芯片中并不存在秘鑰信息。
當加密芯片自己需要使用秘鑰的時候，就利用芯片的各種物理結構、電氣特性，動態的生成秘鑰，使用之后立刻銷毀。
這樣的話，黑客就無從獲取秘鑰了。
即使仿制了一個加密狗硬件，但是由于工藝的原因，芯片的物理結構、電氣特性等都不相同，生成的秘鑰也是錯誤的，無法與應用程序進行正確的加密、解密，從而達到了反破解的目的。
關于這部分的內容，我也不是很專業，找了下面一些資料，感興趣的小伙伴可以再深入了解一下：
SRAM PUF技術(https://www.intrinsic-id.com/zh-CN/SRAM%E7%9A%84PUF/)
PUF ：一種讓芯片更安全的新技術(http://news.eeworld.com.cn/IoT/ic494467.html)
PUF物聯網安全秘鑰生成技術(https://www.wulianwangiot.com/iotanquan/4395.html)
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