一种基于CPUID和AES算法的STM32固件升级方案

针对STM32系统固件升级时使用同一个文件易被非法复制使用的缺陷，提出并实现了一种一个STM32芯片使用一个唯一升级文件的固件升级方案。升级固件时，由服务器为不同的STM32芯片生成不同的bin文件，该bin文件是以STM32的CPUID为密钥，应用AES算法加密原始bin文件得到的。升级时STM32以自身的CPUID作为密钥对文件解密，如果作为解密密钥的CPUID和作为加密密钥的CPUID不同，则解密出的bin文件不能运行。解密后，再应用IAP技术把新的bin文件写入Flash。实际测试证明，提出的方法可以实现“一片一密”，有效防止了升级程序的非法使用。 STM32固件升级方案面临着安全性挑战，传统的同一固件文件容易被非法复制使用。为了解决这个问题，本文提出了一种创新的加密升级方法，基于每个STM32芯片的唯一CPUID（Chip Unique ID）和高级加密标准（AES）算法。这种方法确保每个STM32芯片都有其专属的固件更新文件，从而实现“一片一密”的安全策略。 1. STM32的CPUID特性： STM32微控制器内置了一个96位的唯一CPUID，存储在特定内存地址中，不可修改。由于每个STM32芯片的CPUID都是独一无二的，这为固件加密提供了基础。通过使用CPUID作为加密密钥，可以确保固件只能在具有匹配CPUID的芯片上正确运行。 2. AES算法的应用： AES是一种强大的对称加密标准，具有128、192和256位的密钥长度，支持相同长度的数据分组。AES算法在加密和解密过程中使用相同的密钥，提供快速且高效的加密过程。在STM32固件升级方案中，原始固件文件使用每个STM32芯片的CPUID（作为AES密钥）进行加密，生成的加密bin文件只能在拥有相应CPUID的芯片上解密并运行。 3. IAP（In-Application Programming）技术： IAP允许在程序运行时对片内Flash进行编程，无需中断当前程序。在固件升级过程中，STM32首先解锁Flash，然后擦除需要更新的区域，最后将新解密的bin文件写入。IAP使得固件更新更加灵活，可以通过多种接口如串口、USB、以太网或TF卡来接收新固件。 4. 加密升级流程： 整个系统包括STM32系统、PC和服务器。PC上的控制程序协调升级操作，与服务器通信获取定制的加密bin文件。服务器根据STM32发送的CPUID生成对应加密文件，PC将此文件下载到STM32。STM32使用自身CPUID解密文件，解密成功后，IAP技术用于将新固件写入Flash，确保系统的安全更新。 5. 安全优势： 该方案避免了额外硬件加密单元的成本增加，同时减少了批量生产时的工作量，因为每个STM32芯片的固件在出厂前就已经根据其CPUID进行了个性化加密。实际测试验证了这种方法的有效性，能够有效防止固件的非法复制和使用。 该基于CPUID和AES的STM32固件升级方案结合了硬件的独特性与强大的软件加密机制，为STM32系统的固件安全升级提供了可靠保障。这种方法不仅提升了系统的安全性，还简化了生产和维护流程，降低了额外成本。