基于USB2.0控制器的軟件狗設(shè)計

　　1 引言

　　隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)軟件作為特殊商品在信息時代越來越重要。但是由于計算機(jī)軟件的易拷貝性，各種軟件盜版、侵權(quán)現(xiàn)象不斷發(fā)生，軟件加密技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它分為軟加密和硬加密兩類，所謂軟加密就是用純軟件的方式，在程序中使用一些獨(dú)特的軟件算法或其它手段來驗(yàn)證使用者的合法性，其特點(diǎn)是成本低，但加密強(qiáng)度不高，易被破解;硬加密則是采用軟件與硬件配合，通過硬件來控制軟件運(yùn)行的加密方法，如密鑰盤、加密卡、軟件狗等方法，其加密性能好，不象軟件那樣有易復(fù)制性，所以從理論上講，它比軟加密要可靠一些。而綜合分析硬加密的技術(shù)指標(biāo)如可靠性、讀寫速度、破譯程度、占用主機(jī)資源等，軟件狗是一種較好的加密方法。因此，目前在市場上獲得了廣泛應(yīng)用。

　　2 軟件狗的發(fā)展及原理

　　軟件狗技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代。第一代是存儲器型的加密狗，工作時插在微機(jī)的并行口上，通過對并行口讀取數(shù)據(jù)來判別軟件狗存在與否、密碼正確與否，從而決定軟件是否運(yùn)行。這種軟件狗因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)過于簡單，很容易被人檢測破譯。

　　第二代軟件狗采用低功耗邏輯集成電路，在電路設(shè)計上做了一些加密工作，例如對數(shù)據(jù)位的反相、移位、交叉等，破譯時比前一種困難，起到一定的加密功能。第三代軟件狗采用可編程器件，由于這類器件本身就含有加密保護(hù)單元，很難讀出，增加了破譯難度[ 3] 。

　　但是隨著黑客攻擊手段的提高，前三代已經(jīng)不能滿足保密要求，第四代以單片機(jī)為核心的軟件狗產(chǎn)生了。它不像以往軟件狗只能輸出固定的密鑰，而是按一定的算法對寫入和讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，也可以將被保護(hù)軟件的重要模塊移植到軟件狗中，使得軟件狗成為被保護(hù)軟件不可缺少的一部分。這樣軟件與軟件狗實(shí)現(xiàn)了真正的無縫連接，極大提高了解密的難度，有效防止了軟件跟蹤和邏輯分析儀的分析以及對程序的破壞性解密，從而有效保護(hù)了軟件不被侵權(quán)。

　　USB 是在1994 年底由Compaq、IBM、M icrosoft等多家公司聯(lián)合提出的一種新型通用串行接口技術(shù)，它具有真正的即插即用和熱插拔功能， USB 2. 0的高速設(shè)備可達(dá)480Mb /S的速度，以其獨(dú)有的優(yōu)勢，如安裝拆卸方便、總線資源豐富、打包方法簡單、設(shè)備獨(dú)立等逐漸取代了其它單片機(jī)加密狗，基于此，設(shè)計了一種基于USB2. 0控制器的軟件狗。

　　3 U SB2. 0軟件狗總體體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

　　3. 1 USB2. 0軟件狗的工作原理

　　傳統(tǒng)意義上的加密就是防止信息泄露，其基本過程為將消息(明文)經(jīng)過某種算法進(jìn)行加密，形成密文，再經(jīng)過解密將密文轉(zhuǎn)變?yōu)槊魑模?以達(dá)到信息不被竊取的目的，而軟件狗則是加密技術(shù)在信息領(lǐng)域中呈現(xiàn)出的一個全新概念。它的作用并不是防止信息泄露，而是為軟件開發(fā)者提供用戶使用權(quán)限認(rèn)證或運(yùn)行許可，與傳統(tǒng)的信息加密概念有著明顯的區(qū)別。因此，設(shè)計過程中加密算法的實(shí)現(xiàn)不是研究的主要內(nèi)容，需要把工作重點(diǎn)放在如何防止調(diào)試工具對軟件狗數(shù)據(jù)傳輸?shù)母櫍?以達(dá)到難以破解或者不能破解的目的。

　　一般的軟件狗工作原理如圖1所示。

　　圖1 USB 軟件狗加密保護(hù)流程圖

　　圖1中列出了6個步驟，描述了從插入USB軟件狗到完成一次軟件合法性檢驗(yàn)的全過程。軟件狗對隨機(jī)數(shù)的加密在硬件中進(jìn)行，其結(jié)果返回PC 機(jī)并經(jīng)PC 機(jī)中軟件的解密算法解密。通過檢驗(yàn)解密后的數(shù)據(jù)是否和原隨機(jī)數(shù)保持一致來鑒別是否插入合法的軟件狗硬件，從而達(dá)到軟件保護(hù)的目的。

　　不難看出，步驟3 和4中傳送的隨機(jī)數(shù)容易被多次跟蹤分析，解密者可以根據(jù)得到的這一系列數(shù)據(jù)對，設(shè)計出相關(guān)的模擬軟件，那么就需要在這個隨機(jī)數(shù)上進(jìn)行改進(jìn)。

　　本設(shè)計中采用的是將USB 軟件狗的PIN 碼保護(hù)和動態(tài)口令相結(jié)合的方法。PIN 碼在PC 上輸入，在用戶不取走USB軟件狗時易被解密者捕獲，從而獲得虛假認(rèn)證，可是如果使用了動態(tài)口令，每次的口令不同，解密者很難進(jìn)行破解。動態(tài)口令是一種讓用戶密碼按照時間或者使用次數(shù)不斷變化、每個密碼只能使用一次的技術(shù)，即使解密者獲取了幾個動態(tài)口令，那么他也無法預(yù)知或者推算下一次或者下下次的動態(tài)口令，無法在使用時間或者使用次數(shù)上形成連續(xù)性。本設(shè)計的USB2. 0 軟件狗加密保護(hù)流程如圖2所示。