如何对xilinx FPGA进行bit文件加密

项目终于搞完了，到了发布的关键节点，为了防止自己的心血被别人利用，最好对产品进行bit加密。

加密的优点

xilinx的V6和7全系列FPGA支持AES256加密，加密的好处：

1，可以防止别人回读或者对你的程序进行逆向；

2，防止更改烧写的bit文件。

如果仅仅是防止回读，可以简单设置BITSTREAM.READBACK.SECURITY，其中LEVEL1是禁止回读，LEVEL2禁止回读和重新烧写FPGA。

但如果对手的逆向能力很强，比如说在FPGA上电加载bit的时候用逻辑分析仪把用bit文件“读”出来，这个简单的设置肯定就不行了。这时候可以使用AES256加密。

AES算法简介：

AES即高级加密标准，是一种区块加密，当然也是对称加密。区块固定为128bit，秘钥为128，192或256bit。AES有5种加密模式，xliinx采用的是CBC模式。有一个128bit初始向量IV（startCBC），先利用初始向量IV与第一组数据进行异或后再进行加密运算生成C1。将C1作为初始向量与第二组数据进行异或后再进行加密运算生成C2。以此类推，当最后一组数据加密完毕后，将加密结果拼接为最终结果，C = C1C2C3……Cn。

所以采用CBC模式的256AES需要两个东西，128bit-startCBC和256bit-AES key。

到这里还没完，完成了bit加密还没有认证，万一别人把烧进去bit文件篡改了怎么办？（重新烧了新的bit文件）。所以xilinx又提供了HMAC的认证，这个就跟校验差不多了，检查消息的完整性。

所以还需要提供256bit-HMAC，加上128bit-startCBC和256bit-AES key，一共是三个。这三个key可以自己生成，也可以指定空的 .nky文件，由软件随机生成好。

for example

···

Device xc7a35t;

Key 0 0f2ec1178ae0d04c8c1431afe8266d08e799b01c5c486c2567f3621f47319aaf;

Key StartCBC a6262d508c338eeab815340a7832436d;

Key HMAC d82e72733a7bd7904c802d13db37187b8ad20b972ac163470c5a4d239bce6308;

···

加密的AES key可以存到FPGA内部易失性的BBR或只能烧写一次（OTP）的eFUSE中。

BBR需要电池供电，可以多次编程。eFUSE不需要电池，但只能烧写一次。这里使用eFUSE

eFUSE寄存器

首先来看一下eFUSE寄存器：

一共有四个寄存器，分别是存放AES秘钥，用户信息，设备DNA和eFUSE控制。下面特别关注一下eFUSE控制寄存器：

一共有6个bit有用，各种设置的优缺点表里有详细说明，使用参考设置101100就行了。
其中bit0很重要，万一置位了，AES的key又搞丢了，FPGA就变砖头了。

具体的操作步骤如下：

1生成key和加密bit

下面三个key可以自己生成填进去，也可以由软件随机生成。

要打开edit device properties,先要打开sythesized design 或者implement design，然后在generate bitstream右键设置

2下载eFUSE

3烧写FPGA程序

program

4验证

很简单，读出mcs然后烧到另一个FPGA里面去，可以看到不能工作。当然，也可以在前面eFUSE设置时选择只能加载AES加密的bit文件，这样换一个不加密的bit下进去也能验证。

审核编辑 ：李倩