Здравствуйте!
Возник вопрос защиты проекта для FPGA (Cyclone 5, режим конфигурации - AS). Почитал an556 “Using the Design Security Features in Altera FPGAs” и “Configuration, Design Security, and Remote System Upgrades in Cyclone V Devices” от Altera, как-то не совсем понятен весь процесс защиты проекта. Согласно даташиту, необходимо сформировать зашифрованный, с использованием ключа, файл прошивки для flash-a, залить ключ в FPGA, далее при включении питания будет грузиться зашифрованная прошивка.
Вопрос:
1. Каким образом формируется файл зашифрованной прошивки? Например, предполагается первый раз залить прошивку при помощи SFL, т.е. необходимо сформировать зашифрованный jic-файл. Используем “Convert Programming File”, в опциях для sof-файла выбираем : Generate encrypted bitstream; Generate key gramming file x.ekp; вводим key жмём ОК. Полученный jic-файл и есть зашифрованный при помощи ключа? Полученный ekp-файл – encryption key programming file (необходим для прошивки ключа в FPGA)?
2. Каким образом прошивается сам ключ? Необходимо залить ekp-файл? Или сконвертить его в jam, svf, jbc и потом залить?

Ещё вопрос, если заливается файл jam или ekp, а в опциях программатора стоит галка "Configure volatile design security key when available", то это и равносильно прошивке "volatile key"?

Похоже опция "Configure volatile design security key when available" и отвечает за генерацию volatile ключа. Попробовал его прошивать, похоже, работает. Первый раз ключ прошивается, при попытке повторной прошивки ругается на наличие ключа. Полностью работоспособность проверить не могу, батарея не была предусмотрена. Для non-volatile key необходим либо ethernet-blaster, либо какой-то программер от JTAG Technologies.

Остался вопрос по поводу установки tamper-protection bit, что бы могла грузиться только зашифрованная прошивка, или это только у Альтеры можно узнать?

Для взведения Tamper protection bit нужно иметь специальный ini-файл, который должен быть помещен в папку ..\bin или ..\bin64 квартуса.
При наличии такого файла будет формироваться ekp со взведенным тампер протекшеном.
Бросьте мне сообщения в личку, их есть у меня

Кстати, взвести Tamper protection bit можно только таким способом. C помощью jam-скриптов, например, его взвести не получится. А вот проверить, взведен он или нет - можно

Похоже, личные сообщения мне не доступны. Если можно, отправьте на ящик doom13@tut.by
Спасибо.

Хорошо, но смогу только в понедельник. А то я сейчас в командировке

Спасибо, подождём.

2Stewart Little поясните, пожалуйста, не высылая ini

планирую использовать SoC Cyclone 5 (с АРМом которые), хотелось бы использовать криптование прошивки ПЛИС с ключем в eFuse

каких неожиданностей следует ожидать в плане софта/лицензий, может ераты какой-то...

спасибо

Сергей, а что такое eFuse? Это, поди, что-то из актеля/зайлинкса?
В крайних альтеровских семействах (в т.ч. Cyclone V) ключ можно хранить как в однократном ПЗУ, так и в ОЗУ (в этом случае понадобится резервная батарея).
Процедура создания шифрованного файла и прошивки ключа описана уважаемым doom13, в первом посте он также упоминает альтеровский документ, где все это описано.
Для использования non-volatile ключа понадобится специальная фича в квартусовский лицензионный файл.
Если нужен Tamper protection, то необходим еще и обсуждаемый ini-файл.
Насчет необходимости именно EthernetBlaster для прошивки non-volatile ключа в Cуclone V я не уверен - по-хорошему, нужно этот вопрос исследовать отдельно
Вроде на этом и все.

В даташите (an556) написано так:
ByteBlaster II and USB-Blaster support only volatile key programming. Ethernet Blaster and JTAG Technologies support both volatile and non-volatile key programming. For non-volatile key programming, you must regulate the JTAG TCK pulse width (period) for proper polyfuse programming.



Если можно, тут по-подробней. Что именно необходимо добавить в файл лиценнзии? Строки, на подобие тех, что необходимы для добавления лицензии на IP-ядра.

Роман, спасибо, но не понял
an556 тоже посмотрел

eFuse - однократное ПЗУ, меня конкретно это интересует, батарейку применять не можем

то есть интересно два режима
Non-Volatile key
Non-Volatile key+Tamper protect

непонятно для меня описана возможность генерации jam файлов для прошивки ключа и файла

непонятно - позволяет ли internal jtag прошивать ключи (Non-Volatile особенно)

------------------------

only volatile key programming - волнует. у ксайлинса тоже не всякий "бластер" умеет прошивать (и там и там, видимо, нужна четкая времянка)
To enable the design security feature, you can obtain a license file from Altera Technical Support.
ну и если это можно в конфе - официальная стоимость или условия ini и лицензии тоже важно - ксайлинс с этим не заморачивается, а вот у латтиса чтоб получить криптофичи пришлось некий геморой испытать - все-таки этож к экспорту так просто не разрешено...

------------------------

я сейчас с цинком вожусь - вникать в доку на циклон не хочеться, чтоб не запутаться, но "представление о возможностях" мне бы не помешало
старшие Cyclone V SE мне кажутся привлекательными на будущее - ненужных мне трансиверов нет и цена подешевле чем у цинков

Да, все это так. Но у альтеры есть новое железо для прошивки - USB-Blaster II, который доже допускает управление параметрами JTAG'овских сигналов. Пока этот новый бластер только встраивают в отладочные платы для новый семейств, но обещают свделавть и как отдельный девайс. Вот я и имел в виду, а нельзя ли будет использовать USB-Blaster II для прошивки OPT-ключа??? Хотя, возможно вопрос несколько преждевременный

Да, именно так. В понедельник отмылю уточнения.


А что _именно_ непонятно? Там, имхо, все расписано подробно...

Что здесь понимается под "internal jtag"???

Ответил в личку.

Отмылил, проверяйте почту.

Получил, спасибо.


Фичи quartus_nonvolatile_encryption и quartus_volatile_encryption в лицензионном файле присутствуют.

Эта фича, по большому счету, не нужна. Достаточно nonvolatile.

Я так понимаю, в зависимости от того, какой ключ будет использоваться, нужна одна или другая.

Нет, Вы понимаете неправильно
Достаточно только nonvolatile - оно покрывает оба варианта ключа.

Спасибо, буду знать.

Похоже, что USB-Blaster II таки годится для прошивки OPT-ключа:

Вот еще:
http://www.altera.com/support/kdb/solution...032008_684.html

Приветствую. Пришлось вспомнить старую тему - надо доразобраться с возможностью защиты прошивки для Cyclone 5.
Есть Q13.0.1, генерю key programming file (файл ini в системе отсутствует), заливаю его Terasic-Blaster (USB-Blaster), всё работает - ключ (volitile) заливается (Рисунок1), на вторую попытку говорит, что ключ уже есть.
Далее добавляю ini в bin64, генерю ekp и пробую залить. Выкидывает ошибку, что железо не поддерживает программирование данного ключа (Рисунок2). Как понимаю, во втором случае (после добавления в систему ini) получился non-volitile key и мой программер его не поддерживает.

Т.е. для программирования non-volatile key надо минимум заменить программатор на USB-Blaster II. Что может понадобиться ещё, прокатит ли использование ломаной версии Квартуса?

Ещё вопрос, в обоих случаях неактивна галка Security Bit, а это, как понимаю, и есть Tamper Protection Bit. Как тогда его активировать? Ведь есть режимы
- Non-volatile Key
- Non-volatile Key with Tamper Protection Bit Set
Спасибо.

Да. Ежели надо, то есть в наличии.


Да вроде больше ничего не надо.
Кстати, из ломаной версии можно сделать "неломаную", если хотите.


Вот тут не уверен. Надо тщательнеЕ вопрос поизучать.

Это - заплатить много денег?


То, что получилось показал на скринах, попробовал на версии Q14.0 - аналогично. Был бы рад помощи по данному вопросу.

Это тривиальный подход. А мы не ищем легких путей
Напишите мне в личку.


Увы, быстро не обещаю - завал на работе до вторника.

Тут ещё вопрос. Сгенерированный с ini файлом ключ - это тот же volatile с возведённым Tamper Protection (мой программер не умеет этот бит возводить,а в свойствах не отображается опция ON)
или это non_volatile (что мой программер так же не умеет прошивать), но как они тогда между собой отличаются. Т.е., как тогда понять по файлу ключа - это volatile или non-volatile?

Больше склоняюсь к тому, что с ini генерится non-volatile с Tamper Protection = OFF, но как оно на самом деле? И как тогда поднять Tamper Protection (повторюсь с вопросом)?


Пока это и не горит, просто может понадобиться в обозримом будущем и хотелось бы поставить точку в данном вопросе.

Нашёл часть ответов на свои вопросы.
Сначала нашёл это.

Потом сгенерил ekp-файл с ini-файлом и без.

Сообщения системы без ini-файла


Сообщения системы с ini-файлом


Stewart Little, получается - Вы были правы, ini - возводит Tamper Protection Bit.

Остаются вопросы:
1) Каким образом тогда выбирается volatile key или non-volatile key? Или если будет "нормальный" программатор, то должна появиться опция выбора типа ключа?
2) Что такое Security Bit в окне Quartus II Programmer?

Не претендую на абсолютную истину, но склероз мне подсказывает следующее:
в ekp-файле прописаны обе опции - и volatile, и non-volatile. Какой из этих вариантов загружать - определяется в программере, галкой "Configure volatile design security key when available".


Нет, на так!!!
С ini-файлом всегда генерится ekp-файл c взведенным Tamper Protection.
Но про галку в опциях программере при этом не забывайте.
Здесь по поводу Non-volatile key with Tamper Protection вопросов нет.
А вот по поводу Volatile key with Tamper Protection - все зависит от используемого семейства ПЛИС : "The volatile key tamper-protection is only available for Arria II, Arria V, Cyclone V, and Stratix V devices".




Выше рассказал.


Это из другой оперы. Это опции файла. Если девайс имеет Security Bit (например MAX3000A или MAX II), то программирующий файл может быть создан со взведенным битом защиты (необходимость этого указывается в "Device and Pin options", емнип.

Похоже это так. Когда сгенерил ключ без Tamper Protection он заливается USB-Blaster-ом.
При прошивке пишет:


Если второй раз попробуем залить ключ:


Если снять галку "Configure volatile design security key when available", то начинает ругаться:

Долго не мог вспомнить, где находится эта галка (Tools->Options->Programmer).

Затестил работу для volatile ключа. Батарейки на плате нет. Сгенерил зашифрованную прошивку, залил во флэш-память. Включаю питание - ПЛИС не стартует. Программатором заливаю volatile key - ПЛИС стартует. Через Remote Update даю команду на реконфигурацию - перезагружается. Сбрасываю питание - опять не стартует и т.д.
Volatile key работает. Проверить работу non-volatile пока нет возможности, но, думаю, всё будет так же.
Спасибо Stewart Little за оказанную помощь.

Использование volatile key кажется менее надёжным, т.к. если умирает батарейка (это наверное маловероятно, но через много-много лет) или если она отвалится, то при условии, что возведён Tamper Protection Bit, оживить FPGA не получится. В случае non-volatile key, если используется Remote Update и стабильно рабочий factory image, всё будет работать и сможем при необходимости обновлять прошивку для factory image.

Представьте на схеме батарейка, может аккумулятор - ионистр, большой, который поддерживает ключ. Батарейка плюсом лежит на плате, а минусом касается пружинки закрепленной на корпусе прибора. При разборе корпуса батарейка отсоединяется и прибор гибнет. Весьма полезная функция для защиты устройств которые нельзя разбирать, защита от внутренней модификации.

Это всего лишь хороший способ прострелить себе ногу.
Для защиты от внутренней модификации гораздо надежнее и проще использовать Non-volatile Key with Tamper Protection.

А в чем причина невозможности использования старого USB Blaster-а для программирования "Volatile" и "Non-volatile" ключей?
Его среда не поддерживает для этих функций или тут аппаратные завязки (невозможность изменения частоты JTAG)?

Очень огромный аккумулятор, прикрученный к огромной плате огромными болтами, чтобы на миллиард лет хватило при огромном энергопотреблении ключа.
А вообще, лучше бы Вы молчали, коли сказать нечего или доку почитайте, если есть интерес.


Для чего они тогда его предлагают?

Именно это.

Volatile key залить USB Blaster-ом можно, но без возведения Tamper Protection Bit.

именно так

Ну, типа гибкость - варианты на любой вкус и цвет
К тому же есть семейства, например Cyclone III LS, где ключ может быть только volatile.

Я краем глаза подсмотрел что вся процедура осуществляется на частоте 100кГц
и задержки везде по 100мкс. Т.е. если я проиграю нужный SFV на частоте 12МГц,
но с нужными задержками то ничего не выйдет?

ЗЫ: У меня пока в наличии нет CV/AV, проверить не могу к сожалению .

Вот еще хотел узнать про LOCK и UNLOCK инструкции.

После установленного TAMPER бита, доступ к внешнему JTAG закрыт.
Но есть специальные JTAG инструкции LOCK и UNLOCK.
Если из ядра ПЛИС выдать UNLOCK и разрешить доступ к внешнему JTAG интерфейсу, то
можно ли будет работать по внешнему JTAG интерфейсу при установленном TAMPER бите?

Внутренней модификации может быть подвержена не только прошивка...

Прибор допуска или учета. Внутрь можно поставить "жучек" который позволит вам получать защищенные данные или изменять показания. Это некий аналог пломбы, который насмерть убьет прибор при вскрытии, и не получиться без явных повреждений корпуса выдать его за нормальный... естественно решений может быть много...

Что-то я не совсем понял.
Вы предполагаете, что разработчик сам закладывает в свой проект некий бэкдор???



Ну, это уже пошло обсуждение сферических коней в вакууме.
Тема про альтеровские средства защиты проекта от несанкционированного копирования и/или модификации.

Ок. не буду мешать.

Просто отметил что такой способ дает более глобальную защиту устройства, не только на уровне модификации прошивки, но и далее... Это часто бывает нужно, в том числе и для сертификатов на средство измерения. И алтера предлагает средство защиты которое решает в том числе и эту задачу, круче чем пломбы. Если же это не интересно, извините что помешал...

[quote name='Stewart Little' date='Feb 19 2015, 14:42' post='1316467']
Что-то я не совсем понял.
Вы предполагаете, что разработчик сам закладывает в свой проект некий бэкдор???

Мне просто не понятно как использовать режим VOLATILE KEY с установленным Tamper битом.
В документации пишут, что при установке TAMPER бита внешний JTAG интерфейс отключается.
VOLATILE KEY записывается, только по JTAG интерфейсу.
Но VOLATILE KEY хранится в ОЗУ пока есть внешнее питание.
Если питание пропадет, то ключ стирается и записать новый ключ уже невозможно, т.к.
JTAG интерфейс заблокирован и никакую прошивку уже записать не получиться.

Хотя может быть если создать прошивку с нулевым ключом, то можно ее скормить.
Но это надо пробовать.

Вот в чем вопрос.

Батарейка ставится для поддержания volatile ключа. А выше обсуждалось, что не совсем надёжно, если отваливается батарейка и установлен Tamper Protection Bit, то единственный способ лечения устройства замена FPGA.
Считаю, что данная гибкость с возможностью выбора ключа лишняя, лучше всегда использовать non-volatile key.

Вот эту цитату как понимать?





NON-VOLATILE KEY можно использовать только один раз и только для финального проекта.

Для отработки механизна защиты хорошо использвать VOLATILE KEY.
Но TAMPER бит + VOLATILE KEY, все портит если его можно только один раз использовать.
Или надо читать документацию между строк.

Эта цитата, как я понимаю, относится к таблице сверху (см. даташит, Security Mode - Volatile Key). Т.е. если хотим оставить возможность перепрограммировать volatile key, не надо устанавливать Tamper Protection Bit. Если Tamper Protection Bit установили (Security Mode - Volatile Key with Tamper Protection Bit Set) и ключ как-то стёрся - девайс мёртвый.


Можно и для нефинального. Выше писал, используем в проекте Remote Update, делаем стабильный factory и "финальную" версию application с возможностями перезаливки зашифрованной прошивки для application, шифруем, заливаем и имеем возможность перезаливать/обновлять application (отлаживаться можем на незалоченной плате).


Потестить работу ключа можно без Tamper Protection (уже попробовал - работает). Отличие между ключами только в том, что non-volatile + Tamper Bit более надёжный вариант, т.к. ключ не сотрётся в случае форс-мажора.

Т.е. для VOLATILE KEY существует два режима:
1. Volatile Key without Tamper Protection Security Mode
2. Volatile Key with Tamper Protection Security Mode

Так более понятно, но этот (2) режим действительно извратный и не понятно для чего он нужен.

А с нулевым VOLATILE ключом без TAMPER бита можно записать зашифрованную прошивку?

Нет, извратный (правильно наверное сказать менее защищённый) - это первый режим, т.к. можем подключиться JTAG-ом к FPGA и заливать в чужое железо свою версию ПО (ключ конечно же стереть придётся). Т.е. при наличии отлаженного железа остаётся разобраться с его работой.
Лучший из возможных, на мой взгляд, - non-volatile, чтоб избежать возможности "прострелить себе ногу"


Если ключ все нули - это тоже ключ, будет работать с зашифрованной прошивкой. Если без Tamper Protection бита то будет грузить зашифрованную и незашифрованную прошивку.

Ну я так понимаю что назначение режимов защиты это собственно предотвратить клонирование ПО, а не железа.
Железо проще клонировать. В крайнем случае можно перепаять новый чип.
Если есть мозги что-бы реализвать свое ПО, то перепаять чип не составит труда. Это если говорить про Циклоны.

Те девайсы, что мне попадались были с батарейкой и ОЗУ для хранения конфигурации.
То есть там не только ключ, но и прошивка VOLATILE. Но это на Stratix II/III все было.

Ария и Стратиксы - это другая весовая категория. Там могут и чип распилить и прочитать ключик из чипа после распила.
А если прошивки удаленно обновляются, то у них должен быть либо общий ключ либо уникальная прошивка для каждого
конкретного устройства, что не всегда удобно. Т.е. либо база ключей, либо генератор по уникальному серийному номеру
устройства. И доступ к ключам только у одного человека

Да, согласен - для защиты ПО, но запретить полный доступ к чипу ещё более приятно. Про защиту железа нам уважаемый Golikov A. рассказал, там батарейка не поможет и даже Tamper Protection.


Что, устройство вообще никогда не выключается? Наверное всё же батарейка только для ключа, а прошивка во внешнем конфигурационном устройстве.

Устройство выключается, но центральная часть его работает от батарейки, когда внешнего питания нет.
Есть датчик напряжения и счетчик ресурса и когда заряд батарейки подходит к концу загорается предупреждающий индикатор.
После этого можно поработать месяца 3. А после модуль отправляется производителю для замены батарейки и обновления прошивки.
Никакого удаленного обновления.
Как там детально устроено не вникал, модуль дорого стоил. Но этот модуль конфигурил все остальные ПЛИСы.
Там было 4 или 5 Virtex-ов плюс еще Stratix-ы. Такая сборная солянка.
Но это не наша разработка, а буржуйская.