硬件加密芯片介绍及加密芯片选择(加密IC)加密芯片原理

前端时间有研究多款加密芯片，加密算法实现，以及破解可能，也有一些个人的观点，仅供参考。

一，加密芯片的来源及工作流程：

市面上的加密芯片，基本都是基于某款单片机，使用I2C或SPI等通讯，使用复杂加密算法加密来实现的，流程大致如下：

主控芯片生成随机码 --> 主控芯片给加密芯片发送明文 --> 加密芯片通过加密算法对明文进行加密生成密文 --> 加密芯片返回密文给主控芯片 --> 主控芯片对密文进行解密生成解密值 --> 主控芯片对解密值与之前明文进行对比， 比较值一致则认证通过（认证不通过可进行关机操作）；

（用户一般需要集成加密芯片商提供的解密库文件，调用指定库文件接口，来实现解密）

目前市面上的加密芯片种类繁多，从几毛钱到十几块钱价格不等；

二，不同类型加密芯片主要区别：

1）加密算法实现不同：各种加密芯片都是厂家根据需求选择自己偏好的加密算法，进行更改适配，或者直接使用自己自定义的算法进行加密，常见算法介绍及比较详见附录1；

2）封装不同，常见的加密芯片封装有：SOT-23-3，SOT23-6，SOP-8、SOIC-8等；根据板段的设计可选择不同的封装对应的芯片；

3）其他区别：传输协议（I2C、SPI、UART、或者厂家自定义协议）不同，认证速率可靠性不同，开发适配难度差异等；

三，加密芯片的应用：

加密芯片一般广泛应用于给电子产品，防止抄板防止破解，部分常用产品（相机，监控摄像头，儿童数码玩具，行车记录仪，游戏机教育机，执法记录仪，安防设备，平板电脑，对讲机，会议系统，以及其他各种系统电子产品，行业工控机等产品）；

四，加密芯片破解的基本操作：

加密芯片破解，一般破解公司会通过抓取明文以及密文内容，通过读取大量不同的明文和密文值，进行算法分析和破解，当耗费大量时间经历将加密算法分析出来后，另选一个相同封装尺寸的加密芯片，集成破解算法后替换原有加密芯片；

备注：特别需要注意的是，明文的发送，建议使用真正的不可预知的随机数进行发送（如果每次都发送固定的几组明文，破解人员只需将该明文对应密文抓取出来，收到明文返回对应密文即可完成破解），建议在代码多个地方进行加密认证；在明文真正做到随机数的情况下，破解难度就取决于加密算法的复杂程度了；当然也会有其他更安全的因素可以提高破解风险，在此就不过多论述了；

五，加密芯片的如何选择（仅个人认为）：

1）价钱：在产品量大情况下，建议选择便宜的加密芯片，大批量产品价格能够在一元一下会比较合适（当然越便宜越好）；

2）安全性：不同加密芯片，主要却别在于所选单片机不一样，加密芯片开发人员不一样，加密方式实现的差异；只要加密芯片实现方式上没有很大漏洞，以及加密算法不过于简单，所选加密芯片基本会有一定安全性， 大品牌加密方式复杂但破解者也更多，相比而言亦不占优势，小品牌不知名加密芯片加密算法复杂性可能欠缺但无人破解，相对也会有一定安全性；

3）其他：①加密芯片最好选择有私有密钥的（这样针对不同客户的加密芯片就会有区别）；②如果可能可以与加密芯片提供方要求，在原有加密算法基础上，集成一部分自己的数学运算进入到加密芯片算法内，以提高加密性；③如果对认证速率有要求最好选择认证速率相对较快的芯片，这样不会影响到开机速度和系统运行；

之前使用过淘宝“CC020加密芯片”性价比相对较高（另一篇文章有介绍如何适配），对于加密芯片如何选择不做具体推荐，选择哪款加密芯片视个人情况进行筛选；

附录1）常见算法介绍及比较：

A）其中市面常见的加密算法如下：

①MD5算法：MD5 用的是 哈希函数，它的典型应用是对一段信息产生 信息摘要，以 防止被篡改。严格来说，MD5 不是一种 加密算法 而是 摘要算法。无论是多长的输入，MD5 都会输出长度为 128bits 的一个串 (通常用 16 进制 表示为 32 个字符)。

②SHA1算法：SHA1 是和 MD5 一样流行的 消息摘要算法，对于长度小于 2 ^ 64 位的消息，SHA1 会产生一个160 位的 消息摘要。基于 MD5、SHA1 的信息摘要特性以及 不可逆 (一般而言)，可以被应用在检查 文件完整性 以及 数字签名 等场景；

③HMAC算法：HMAC 是密钥相关的 哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code），HMAC 运算利用 哈希算法 (MD5、SHA1 等)，以 一个密钥 和 一个消息 为输入，生成一个 消息摘要 作为 输出。

④DES算法：DES 加密算法是一种 分组密码，以 64 位为 分组对数据 加密，它的 密钥长度 是 56 位，加密解密 用 同一算法。DES 加密算法是对 密钥 进行保密，而 公开算法，包括加密和解密算法。这样，只有掌握了和发送方 相同密钥 的人才能解读由 DES加密算法加密的密文数据。因此，破译 DES 加密算法实际上就是 搜索密钥的编码。对于 56 位长度的 密钥 来说，如果用 穷举法 来进行搜索的话，其运算次数为 2 ^ 56 次。

⑤3DES算法：是基于 DES 的 对称算法，对 一块数据 用 三个不同的密钥 进行 三次加密，强度更高。

⑥AES 加密算法是密码学中的 高级加密标准，该加密算法采用 对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为 128 位、 192 位、256 位，分组长度 128 位，算法应易于各种硬件和软件实现。这种加密算法是美国联邦政府采用的 区块加密标准。AES 本身就是为了取代 DES 的，AES 具有更好的 安全性、效率 和 灵活性。

⑦RSA算法：RSA 加密算法是目前最有影响力的 公钥加密算法，并且被普遍认为是目前 最优秀的公钥方案 之一。RSA 是第一个能同时用于 加密 和 数字签名 的算法，它能够 抵抗 到目前为止已知的 所有密码攻击，已被 ISO 推荐为公钥数据加密标准。

⑧ECC算法：

ECC 也是一种 非对称加密算法，主要优势是在某些情况下，它比其他的方法使用 更小的密钥，比如 RSA 加密算法，提供 相当的或更高等级 的安全级别。不过一个缺点是 加密和解密操作 的实现比其他机制 时间长 (相比 RSA 算法，该算法对 CPU 消耗严重)。

B）加密算法对比：

附图1_1：散列算法比较 ：

附图1_2：对称加密算法比较 ：

附图1_3：非对称加密算法比较：

审核编辑：汤梓红