采用Device DNA和Flash存儲器ID保證安全

在非易失性FPGA-Spartan-3AN平臺中采用了與Spartan-3A器件幾乎相同的工藝，只是進行了一些增強。第1種安全增強是比特流隱藏在FPGA內(nèi)，使得監(jiān)控變得更加困難。

Spartan-3AN FPGA的第2種安全增強是兩個獨一無二的序列號，即Device DNA和Fash存儲器內(nèi)的工廠Fash ID。這兩個獨一無二的ID序列號超過70個字節(jié)，從而實現(xiàn)了更多的算法可能性，因此大大增加了破解安全算法所需的時間。該設(shè)計現(xiàn)在專門融合了FPGA和Flash ID。

擁有兩個獨一無二的ID就像需要兩張不同的ATM卡才能取錢一樣。如果想提取現(xiàn)金，必須持有兩張卡。如果其中一張卡丟失，則錢不會被取走且仍然是安全的。

第3種改進在于存儲的校驗碼，在Spartan-3AN平臺上，安全代碼可以存儲在安全寄存器的特殊一次性可編程64個字節(jié)的用戶定義字段中。該寄存器使安全系統(tǒng)保持獨立，而無需外部接口或存儲器。該特性增強了總體安全性，使產(chǎn)品的反向工程變得更加困難。

安全算法是用戶定義的，允許設(shè)計者以適當?shù)南到y(tǒng)成本實現(xiàn)合適的安全級別。安全算法也是安全系統(tǒng)的首要機密，安全流程中的內(nèi)容必須是機密的，這樣才能保證系統(tǒng)不被破解。由于算法是未知的，因此它是設(shè)計級安全的關(guān)鍵所在。算法在FPGA架構(gòu)內(nèi)實現(xiàn)，因此它只是FPGA內(nèi)數(shù)百萬個配置位中的少數(shù)幾位。除非知道比特位是如何連在一起的，或者算法是如何操作的；否則對于旁觀者或克隆者來說，它只是一堆數(shù)字。

圖1所示為采用Spartan-3AN器件的一個可行流程。

圖1 Spartan－3AN的安全設(shè)置流程

圖2所示的Spartan-3AN設(shè)計級安全是一種完全獨立的安全解決方案，F(xiàn)lash既包含F(xiàn)PGA配置比特流，又包含以前生成的校驗碼，該校驗碼由可信賴／安全的制造商或注冊流程存儲在一次性可編程Flash存儲器用戶字段中。

圖2 Spartan-3AN的安全解決方案

在通電時，F(xiàn)PGA正常配置。配置完成后，F(xiàn)PGA應(yīng)用包括驗證是否批準設(shè)計在相關(guān)的Spartan－3AN FPGA上操作的電路。安全算法讀取Device DNA和工廠Fash ID；反過來，安全算法又會生成有效代碼，并將該有效代碼與以前生成的存儲在Flash用戶定義字段中的校驗碼進行比較。如果這兩個代碼相同，器件就被授權(quán)；否則該器件就是非法的，并且不會被授權(quán)。

處理授權(quán)失敗是Device DNA設(shè)計級安全的另一個優(yōu)勢，設(shè)計級安全的其他優(yōu)勢是其可以被完全整合到設(shè)計中。未授權(quán)設(shè)計可以有多種響應(yīng)模式，這與Spartan-3A平臺一樣。

Spartan-3AN平臺中的設(shè)計級安全提供了多種保護設(shè)計不被用于過度構(gòu)建、克隆和反向工程的方法，要了解利用3個系列的產(chǎn)品實現(xiàn)設(shè)計安全方面的更多信息，請參照《Spartan￣3系列配置用戶指南》。