Edit online

方案 V1

本节介绍了 SPI Flash 防抄板方案 V1 的详细配置说明,适用于 D12x/ D13x,本节以 D13x 开发板为例。

本方案通过使用 D13x 的 SPIENC 总线加密功能以及安全启动功能来实现防抄板,结合实际使用的需求,提供对应的软件方案。

Edit online

SPI ENC 功能对应的 eFuse 烧录信息

D13x 使能 SPIENC 功能,需要烧录的 eFuse 信息如下:
  • SECURE 区域中的 SPI_ENC_EN 位。

  • SECURE 区域中的 SECURE_BOOT_EN 位。

  • SPI_ENC KEY 区域中的密钥内容。

  • SPI_ENC NONCE 区域中的密钥内容。

  • DIS RD/DIS WR 区域中,关于 SPI_ENC KEY/ NONCE 的读写禁止位。

  • DIS WR 区域中,关于 ROTPK 的读写禁止位

  • SECURE 区域中的 JTAG_LOCK 位 (可选,关闭 JTAG 更安全)。

注:

相关信息可参考芯片用户手册 > 安全 > SID 章节。

1. eFuse 空间划分
用途位数地址禁止位禁写禁读归属备注
DIS RD640~70~1VCSTMeFuse 读禁止配置区域
DIS WR648~F2~3eFuse 写禁止配置区域
BROM6430~3712~13VCSTMBROM 参数配置区域
SECURE6438~3F14~15VCSTM安全和调试功能开关
ROTPK12840~4F16~19VCSTM安全,RSA 公钥的 MD5 Hash 值
SPI_ENC KEY128A0~AF40~43VVCSTM安全,连接到 SPI_ENC,对称密钥
SPI_ENC NONCE64B0~B744~45VVCSTM安全,连接到 SPI_ENC,随机数
2. SECURE 区域定义
比特位名称描述
31:25--
24PBP_ENC_ENBROM 读取使用,使能 PBP 程序加密功能
23:20--
19SPI_ENC_ENBROM 读取使用,使能 SPI 总线数据加密功能
18--
17ENCRYPT_BOOT_ENBROM 读取使用,使能固件加密启动功能
16SECURE_BOOT_ENBROM 读取使用,使能安全启动功能
15:1--
0JTAG_LOCK逻辑组合后连接到 CPU 屏蔽 TDO,关闭 JTAG 调试功能,在安全方案中烧录为 1
Edit online

烧录 eFuse

烧录 eFuse 主要在 BootLoader 中完成,这是因为:
  • Key 的加工在编译时完成

  • eFuse 的烧录在 BootLoader 中完成

  • AIC 固件包支持两级 BootLoader, 即一个烧录用,一个为量产用

Edit online

生成密钥

使用 SPIENC 加密功能,需要将一个 32 位的 AES 密钥和一个 16 位的 Nonce 值烧录到芯片 eFuse 中,同时在制作加密镜像时也需要使用上述值。因此,使用过程中,确保上述值保持不变且已妥善管理,以免泄露。

本节描述了生成 eFuse 烧录程序的详细流程。在示例方案中,提供了设置 AES/ NONCE 密钥的输入 txt 文件和一个用于生成及更新密钥的脚本:

  • SDK/target/d13x/demo88-nor/pack/keys/set_aes_key.txt:设置加密密钥,32 Byte

  • SDK/target/d13x/demo88-nor/pack/keys/set_nonce.txt:设置加密的 NONCE 参数, 16 Byte

  • SDK/target/d13x/demo88-nor/pack/keys/gen_spienc_key.bat :Windows 上执行编译时,使用该脚本。

    脚本通用,可以直接从示例方案中复制。

  • SDK/target/d13x/demo88-nor/pack/keys/gen_spienc_key.sh: Linux 上执行编译时,使用该脚本

    脚本通用,可以直接从示例方案中复制。

根据下列步骤流程,生成密钥:

  1. 准备初始密钥文件 set_aes_key.txtset_nonce.txt

    set_aes_key.txtset_nonce.txt 文件中有一个初始密钥,需要手动修改其中的 HEX 密钥内容。
    cat set_aes_key.txt
        0123456789abcdef0123456789abcdef
    cat set_nonce.txt
        0123456789abcdef
  2. 确保已经安装 OpenSSL。如未安装,可执行以下命令进行安装:
    sudo apt-get install openssl
  3. 进入开发板根目录:
    cd SDK/target/<soc>/<board>/pack/keys/

    例如:

    cd SDK/target/d13x/demo88-nand/pack/keys/
  4. 使用下列命令运行脚本生成所需的密钥文件和头文件:
    • 在 Linux 环境下:
      ./gen_spienc_key.sh
    • 在 Windows 环境下:
      gen_spienc_key.bat
    生成的文件如下所示:
    • AES 密钥 spi_aes.key

    • AES 对应的 C 语言头文件 spi_aes_key.h

    • spi_nonce.key

    • rotpk.bin

    • rsa_private_key.der

    • rsa_private_key.pem

    • rsa_public_key.der

    • rsa_public_key.pem

  5. spi_aes_key.h 文件复制粘贴至下列目录中,供编译烧录 eFuse 的程序时使用:

    spi_aes.key 和其它文件则保留在 SDK/target/<SoC>/<board>/pack/keys/,用于 mk_image.py 生成加密固件时使用,例如 SDK/target/d13x/demo88-nand/pack/keys/

    重要: 生成的密钥务必妥善保管,以免丢失或者泄露。
    目录下有 set_aes_key.txt 和 set_nonce.txt,里面有一个初始秘钥, 用户需要手动修改 txt 中的 HEX 秘钥内容,然后再运行脚本更新秘钥。
Edit online

编译程序

按照以下步骤配置和编译程序,并生成烧录固件。

  1. 进入 SDK 根目录:
    cd <SDK_ROOT>
  2. 应用一个项目配置,例如:

    scons --apply-def=d13x_demo88-nand_baremetal_bootloader_defconfig
  3. 执行下列命令打开 menuconfig 菜单:
    scons --menuconfig
  4. 分别勾选或者确认已勾选下列参数:
    AIC_USING_SID
    EFUSE_WRITE_SUPPORT
    AIC_SID_BURN_SPIENC_KEY_TEST
    
    AIC_USING_SPIENC
    AICUPG_FIRMWARE_SECURITY

    参数对应的界面配置具体如下:

    Board options  --->
        [*] Using Spienc
        [*]   Enc qspi0
        (0)     set qspi0 tweak
        [*] Using Efuse/SID
            SID Parameter  --->
                [*] support efuse write
                (64) set efuse max word
    
    Bootloader options  --->
        [*] Upgrading  --->
            [*]   Secure transfer firmware and burn
    Drivers options  --->
        Drivers examples  --->
            [*] Enable SID burn spienc key command
  5. 打开 BootLoader 的 eFuse DEBUG 模式:
    重要: DEBUG 模式仅 调试时 使用,用于校对秘钥是否正确。烧录过程会将秘钥写入 eFuse 中,但不会禁用其读写功能,秘钥还可以通过 CPU 读取出来。在确认秘钥都正确后,需关闭该配置禁用 eFuse 对应读写权限。确保量产时关闭 DEBUG 模式。
    AIC_SID_BURN_DEBUG_MODE
    对应配置项:
    Drivers options  --->
        Drivers examples  --->
            [*] Enable SID burn spienc key command
            [*]   Enable SID debug mode
  6. 添加代码调用命令烧写 eFuse:

    SDK 默认不调用烧录 eFuse 命令,需要手动添加。

    • application/baremetal/bootloader/main.c:

      console_set_usrname 之后,添加上一个命令执行代码 console_run_cmd(“efuse_spienc”);,如下所示。
      application/baremetal/bootloader/main.c:
      int main(void)
      {
          console_init();
          console_set_usrname("aic");
          int result = console_run_cmd("efuse_spienc");  // 加上此句,examples_bare/test-efuse/efuse_burn_spienc_key_cmd.c
          ...
      }
    • bsp/examples_bare/test-efuse/efuse_burn_spienc_key_cmd.c:

      如果不需要关闭 JTAG,可以将 burn_jtag_lock_bit() 相关的调用注释掉。

  7. 编译程序 BootLoader:
    scons       # build BootLoader
  8. 编译程序 APP 并且生成烧录固件:
    scons --apply-def=d13x_demo88-nand_rt-thread_helloworld_defconfig
    scons

    编译结果会保存至 SDK/output/<SoC name>_<board name_rt-thread_helloworld/images 目录。例如,SDK/output/d13x_demo88-nor_rt-thread_helloworld/images

Edit online

AiBurn 烧录

使用 AiBurn 烧录生成的镜像,可选择分区烧录只烧录 BootLoader。详情可查看 AiBurn 使用指南。

Edit online

SD 卡烧录

  1. 准备一张 SD 卡,确保该卡只有一个分区,并且格式化为 FAT32/ exFAT 文件系统。
  2. 将编译输出目录下的文件复制到 SD 卡的根目录:
    • bootcfg.txt

    • bootloader.aic

  3. bootcfg.txt 中的内容修改为:
    boot0=bootloader.aic
  4. 将该卡插到板卡中,上电运行,即可完成相关 eFuse 的烧录。

Edit online

烧录日志

tinySPL [Built on Feb 27 2025 11:21:57]
BROM SPIENC is ENABLED
JTAG LOCK   is ENABLED
SPI ENC KEY:
0x406efde8 : 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00   //烧录后的 key 对 CPU 不可见,所以无法读出
SPI ENC Key is read DISABLED
SPI ENC Key is write DISABLED
Edit online

生成量产固件

按照本节流程编译加密的量产固件。

Edit online

配置 BootLoader

  1. 进入 SDK 根目录:
    cd <SDK_ROOT>
  2. 在 SDK 根目录中执行下列命令:
    scons --apply-def=d13x_demo88-nand_rt-thread_bootloader_defconfig
  3. 使用以下任意命令,打开 BootLoader 的 menuconfig 菜单:
    bm
    scons --menuconfig
  4. 在配置界面,勾选或确认已勾选下列参数:
    AIC_USING_SPIENC
    AICUPG_FIRMWARE_SECURITY
    参数对应的配置界面如下:
    Board options  --->
        [*] Using Spienc
        [*]   Enc qspi0
        (0)     set qspi0 tweak
        [*] Using Efuse/SID
            SID Parameter  --->
                (64) set efuse max word
    Bootloader options  --->
        [*] Upgrading  --->
            [*]   Secure transfer firmware and burn
    重要:

    编译量产固件时,需将编译烧录 eFuse 程序时的代码修改还原。

  5. 在正式发布的固件中,建议将下列参数选项去掉,防止攻击者通过控制台读出 Flash 中的数据,否则可跳过:
    AIC_BOOTLOADER_CMD_MTD
    AIC_MTD_BARE_TEST
    参数对应的功能配置界面如下:
    BootLoader options  --->
        Commands  --->
            [ ] mtd read/write
    
    Drivers options  --->
        Drivers examples  --->
            [ ] Enable MTD driver test command
Edit online

配置应用程序

  1. 进入 SDK 根目录:
    cd <SDK_ROOT>
  2. 在 SDK 根目录,执行下列命令:
    scons --apply-def=d13x_demo88-nand_rt-thread_bootloader_defconfig
  3. 使用以下任意命令,打开 Application 的 menuconfig 菜单:
    bm
    scons --menuconfig
  4. 勾选或确认已勾选下列选项:
    AIC_USING_SPIENC
    对应的配置界面如下:
    Board options  --->
    
        [*] Using Spienc
        [*]   Enc qspi0
        (0)     set qspi0 tweak
  5. 在正式版本的固件中,建议删除 bsp/examples/test-spinor/test_sfud.c bsp/examples/test-spinor/test_fal.c bsp/examples/test-spinand/test_mtd.c 文件中的 sffalmtd_nand 命令命令,防攻击者通过控制台读出 Flash 中的数据,否则可跳过此步。

Edit online

固件签名加密

SDK/target/<SoC>/<board>/pack/image_cfg.json 文件中进行配置并生成签名加密固件,例如 SDK/target/d13x/demo88-nand/pack/image_cfg.json

  1. 配置生成签名的组件
    开启了安全启动后,需要对 BootLoader 进行签名。参考签名相关部分的内容进行修改:
    {
        "spi-nand": {
            ...
        },
        "image": {
            ...
        },
        "info": { // Header information about image
            ...
        },
        "updater": { // Image writer which is downloaded to RAM by USB/UART
            ...
        },
        "target": { // Image components which will be burn to device's partitions
            ...
        },
        "pre-process": { // before v1.0.6 is the name "temporary"
            "aicimage": { // Create aic boot image
                "usbupg-ddr-init.aic": { // No loader, only PreBootProgram to initialize DDR
                    "head_ver": "0x00010001",
                    "resource": {
                        "private": "ddr_init.bin",
                        "pubkey": "keys/rsa_public_key.der",   // 签名相关
                        "pbp": "d13x.pbp",or               },
                    "signature": {
                         "algo": "rsa,2048",
                         "privkey": "keys/rsa_private_key.der",   // 签名相关
                    },
                },
                "pbp_ext.aic": {
                    "head_ver": "0x00010001",
                    "resource": {
                        "pbp": "d13x.pbp",or                   "pubkey": "keys/rsa_public_key.der",   // 签名相关
                        "private": "pbp_cfg.bin",
                    },
                    "signature": {   // 签名相关
                         "algo": "rsa,2048",
                         "privkey": "keys/rsa_private_key.der",
                    },
                    // combine to use with loader.aic
                    "with_ext": "true",
                },
                "loader.aic": {
                    "head_ver": "0x00010001",
                    "loader": {
                        "file": "bootloader.bin",
                        "load address": "CONFIG_AIC_BOOTLOADER_LOAD_BASE",
                        "entry point": "CONFIG_AIC_BOOTLOADER_TEXT_BASE", // 256 byte aic header
                    },
                    "resource": {
                        "private": "ddr_init.bin",
                        "pubkey": "keys/rsa_public_key.der",  // 签名相关
                    },
                    "signature": {  // 签名相关
                         "algo": "rsa,2048",
                         "privkey": "keys/rsa_private_key.der",
                    },
                },
            },
        },
    }
  2. 生成烧录器量产固件
    在 SDK 根目录执行 me 或者 scons --menuconfig 打开配置界面进行如下配置。
    Application options  --->
        [*] Generate burner format image

    配置完成后进行编译,编译完成后在编译输出目录 (images)/burner下找到烧录器烧录所使用到的镜像,例如 d13x_demo88-nor_page_2k_block_128k_v1.0.0.bin

  3. 对烧录器量产固件进行加密
    执行下列命令:
    tools/scripts/spienc --key spi_aes.key --nonce spi_nonce.key --tweak 0x0 --addr 0x0 --start 0x0 --input d13x_demo88-nor_page_2k_block_128k_v1.0.0.bin --output d13x_demo88-nor_page_2k_block_128k_v1.0.0.bin.enc
    • key: 使用的加密秘钥。

    • nonce: 使用的加密 Nonce 值。

    • tweak: 该值不需要配置,保持为 0 即可。

    • addr: 该值不需要配置,保持为 0 即可。

    • start: 该值不需要配置,保持为 0 即可。

    • input: 加密的源文件,此处为前面生成的量产烧录器固件 (d13x_demo88-nor_page_2k_block_128k_v1.0.0.bin) 文件。

    • output: 加密后的文件,此处为固件 (d13x_demo88-nor_page_2k_block_128k_v1.0.0.bin.enc)文件。

    注:

    此处使用的 AES 加密密钥,即为生成密钥章节中SDK/target/<soc>/<board>/pack/keys/ 文件目录生成的密钥。

Edit online

量产

本节介绍了不同量产方式的操作步骤。

USB 烧录

直接使用编译生成的 img 文件进行量产烧录即可。

SD 卡量产

  • 标准方式

    编译生成下列文件后,将其复制到 SD 卡 FAT32 文件系统的根目录中,等待平台重新上电即可进入烧录:

    • bootcfg.txt

    • 打包后的 img 文件,例如 d13x_demo88-nand_v1.0.0.img

  • Direct Mode

    修改 bootcfg.txt,并且将 bootcfg.txt 和使用到的组件复制到 SD 卡 FAT32 文件系统的根目录,等待平台重新上电即可进入烧录模式。

    bootcfg.txt 示例:

    boot0=bootloader.aic
    writetype=spi-nand
    writeintf=0
    write0=bootloader.aic.enc
    write1=d21x_os.itb.enc,0x40000
    write2=rodata.fatfs.enc,0x240000
    write3=data.fatfs.enc,0x840000
重要:

在修改 bootcfg.txt 文件后,确保使用 UNIX 格式的换行符,而非 DOS 格式的换行符,即 ‘\n’ 换行,而非 ‘\r\n’ 换行。

eFuse 与固件合并烧录

将 eFuse 和量产固件分开可以放松对固件的管控,但需要进行两次烧录,同时 eFuse 的固件和量产固件必须要匹配才能生产。为了降低使用难度,可以把 eFuse 和量产固件的烧录合并到同一个固件中进行,但因为该固件包含了要烧录的 Key,需要对该固件进行保护。

实现方法是通过在 eFuse 烧录完成后继续运行,烧录固件,需要配置 BootLoader 宏 AIC_SID_CONTINUE_BOOT_BURN_AFTER

  1. 进入 SDK 根目录:
    cd <SDK_ROOT>
  2. 在 SDK 根目录中执行下列命令:
    scons --apply-def=d21x_demo88-nand_rt-thread_bootloader_defconfig
  3. 打开 BootLoader 的 menuconfig 菜单:
    scons --menuconfig
  4. 在配置界面,勾选或确认已勾选下列参数:
    AIC_USING_SID
    EFUSE_WRITE_SUPPORT
    AIC_SID_BURN_SPIENC_KEY_TEST
    AIC_SID_CONTINUE_BOOT_BURN_AFTER
    
    AIC_USING_SPIENC
    AICUPG_FIRMWARE_SECURITY

    参数对应的配置界面如下:

    Board options  --->
        [*] Using Spienc
        [*]   Enc qspi0
        (0)     set qspi0 tweak
        [*] Using Efuse/SID
            SID Parameter  --->
                [*] support efuse write
                (64) set efuse max word
    Bootloader options  --->
        [*] Upgrading  --->
            [*]   Secure transfer firmware and burn
    Drivers options  --->
        Drivers examples  --->
           [*] Enable SID burn spienc key command
           [*]   Enable SID continue to boot after burning