CN101004775B - 微控制器及其认证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微控制器及其认证方法，使用简单结构防止微控制器中的程序的非法利用。在程序中装入有：步骤(S23)，其把任意值写入到认证代码生成模块(6)内；以及步骤(S24)，其从认证代码生成模块(6)中读出认证代码，判定是否与在步骤(S23)中所写入的值一致。如果使用具有认证代码生成模块(6)的合法的微控制器来执行该程序，则进行正常处理。如果使用不具有认证代码生成模块(6)的别的微控制器来执行该程序，则不能读出认证代码，因而不能继续进行处理，可防止非法利用。
Description
技术领域
本发明涉及为微控制器开发的防止程序非法利用的技术。
背景技术
图2(a)、(b)是现有的微控制器的说明图，该图(a)是硬件结构图，以及该图(b)是软件的动作流程图。
该微控制器如图2(a)所示，具有根据程序进行处理和控制的中央处理单元(以下称为“CPU”)1以及存储有该程序的读出专用存储器(以下称为“ROM”)2，这些CPU1和ROM2通过总线3连接。并且，在与例如外部存储器10等之间进行数据收发的输入输出模块4和其他功能模块5与总线3连接。
另一方面，规定该微控制器的动作的软件如图2(b)所示，由根据微控制器的功能控制整体处理流程的主程序、以及被该主程序起动来进行汇集处理的各个函数程序那样的下位程序构成。
例如，在主程序的步骤S1中，CPU1通过输入输出模块4从外部存储器10读入数据。然后，在步骤S2中起动下位程序，以传递该数据。
由此，开始下位程序的动作，在步骤S11中进行所读入的数据(输入数据)的传递，在步骤S12中根据输入数据进行运算处理。当步骤S12的运算处理完成时，在步骤S13中生成运算处理结果的数据(输出数据)，回到主程序。
然后，在主程序的步骤S3中，CPU1接受由下位程序所生成的输出数据，并通过输入输出模块4向外部存储器10写出该数据。
【专利文献1】日本特开平11-345117号公报
【专利文献2】日本特开2001-209584号公报
【专利文献3】日本特开2003-150457号公报
在上述专利文献1中记载了一种具有防止程序非法执行功能的处理 器，该处理器构成为：除了通常的处理/控制用命令以外还设置有许可执行命令，根据处理器固有的处理器ID和应执行的程序固有的软件ID进行认证动作，当认证动作成功结束时，可执行该程序。
在专利文献2中记载了一种信息加密装置，该装置构成为：当把存储在个人计算机的硬盘等的内部存储介质内的数据复制到CD(Compact Disc：小型磁盘)等的外部存储介质上时，根据设定在该个人计算机内的固有信息将数据进行加密和复制，当读取所加密的外部存储介质时，根据该固有信息进行解密。由此，可防止使用其他个人计算机读取所复制的外部存储介质。
在专利文献3中记载了一种技术，该技术使用具有存储有软件等的电子数据的数据区域和存储可重写的识别ID的保护区域的著作权保护功能内置介质来防止电子数据的非法利用。在该专利文献3所记载的电子数据利用设备中，从安装在外部存储器安装槽上的著作权保护功能内置介质的保护区域中读出识别ID，在该识别ID与设定在该电子数据利用设备内的固体ID一致或者是通用ID的情况下，可读出电子数据，在读出后把该固体ID写入到著作权保护功能内置介质的保护区域内。由此，由于在由某电子数据利用设备所读出的著作权保护功能内置介质内一次写入有最初进行了读出的电子数据利用设备的固体ID，因而以后不能使用其他电子数据利用设备进行读取。
然而，图2所示的现有的微控制器的下位程序大多构成为：像例如函数程序那样针对各功能进行汇集，并具有互换性，以便即使在进行其他完全不同的控制的主程序下也能动作。因此，在从ROM2非法复制下位程序，并转用作其他的微控制器的下位程序的情况下，如果CPU的命令代码体系相同(由于微控制器用的CPU的种类受到限定，因而该可能性高)，则可以没有任何问题地进行动作。特别是，由于开发大规模的函数程序等的下位程序需要很多的开发时间和费用，因而在被盗用的情况下的危害是很大的。
另一方面，专利文献1所记载的处理器虽然可防止程序非法使用，但是处理器自身的开发花费很多费用，并且有可能不能有效利用迄今为止的以CPU为前提所开发的硬件和软件资产，从而不认为是现实的解决手段。并且，专利文献2和3所记载的防止非法使用技术是把具有以软 件的输入输出为前提的外部存储介质的个人计算机作为对象的技术，难以应用于控制用的微控制器。
发明内容
本发明的目的在于提供可使用简单结构防止程序非法利用的微控制器及其认证方法和认证程序。
本发明的利用微控制器来实现认证的认证方法的特征在于，在具有存储有程序的存储器、和根据存储在该存储器内的程序进行运算控制的处理器的微控制器中，认证程序和微控制器是否是合法的软硬件组合，该微控制器设置有由上述处理器进行存取以输出认证代码的认证代码生成单元；该认证方法使用上述程序从上述认证代码生成单元读出上述认证代码；判定上述所读出的认证代码是否正常，在判定结果为正常时，认为上述程序和上述微控制器是合法的软硬件组合，继续进行后续处理，在判定结果为异常时，认为上述程序和上述微控制器不是合法的软硬件组合，停止后续处理。
并且，本发明的微控制器的特征在于，该微控制器具有：存储器，其存储有程序；处理器，其根据存储在上述存储器内的程序进行运算控制；以及认证代码生成单元，其把由上述处理器所写入的数据作为认证代码来保持，并根据来自该处理器的读出请求输出该认证代码；以及判定单元，其判定读出的上述认证代码是否正常，在判定结果为正常时，认为上述程序和上述微控制器是合法的软硬件组合，继续进行后续处理，在判定结果为异常时，认为上述程序和上述微控制器不是合法的软硬件组合，停止后续处理。
在本发明中，由于具有根据来自处理器的读出请求输出认证代码的认证代码生成单元，因而通过检查所读出的认证代码，可判定是否是合法的硬件和软件的组合，具有可使用简单结构防止程序非法利用的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的微控制器的说明图。
图2是现有的微控制器的说明图。
图3是示出本发明的实施例2的微控制器的说明图。
图4是示出本发明的实施例3的认证代码寄存器的结构图。
图5是示出图4中的设定部的变形例的结构图。
具体实施方式
当参照附图阅读以下优选实施例的说明时，将更完全地明白本发明的上述以及其他目的和新特征。然而，附图专用于讲解，并不限定本发明的范围。
【实施例1】
图1(a)、(b)是示出本发明的实施例1的微控制器的说明图，该图(a)是硬件结构图，以及该图(b)是软件的动作流程图。在这些图1(a)、(b)中，对与图2中的要素共同的要素附上公共标号。
该微控制器如图1(a)所示，具有根据程序进行处理和控制的CPU1和存储有该程序的ROM 2，这些CPU 1和ROM 2通过总线3连接。并且，在与例如外部存储器10等之间进行数据收发的输入输出模块4、认证代码生成模块6以及其他功能模块5与总线3连接。
认证代码生成模块6由可从CPU 1通过总线2进行读写的寄存器构成。即，认证代码生成模块6是保持从CPU 1所写入的任意值，并在有从该CPU 1读出的请求时，把该保持值作为认证代码输出的模块。另外，期望的是，认证代码生成模块6配置在高速总线上，以便尽可能缩短存取该认证代码生成模块6的时间。
下面，对动作进行说明。
规定该微控制器的动作的软件如图1(b)所示，由根据微控制器的功能控制整体处理流程的主程序、以及被该主程序起动来进行汇集处理的各个函数程序那样的下位程序构成。
在主程序的步骤S1中，CPU 1通过输入输出模块4从外部存储器10读入数据。然后，在步骤S2中起动下位程序，以传递该数据。
由此，开始下位程序的动作，在步骤S21中进行读入到下位程序内的数据(输入数据)的传递，在步骤S22中根据输入数据进行运算处理。当步骤S22的运算处理完成时，在步骤S23中把任意值(认证代码)写入到认证代码生成模块6内。之后，在步骤S24中读出写入到认证代码生成模块6内的认证代码，在步骤S23中判定是否与所写入的值一致。
当在步骤S24中判定为认证代码是正常时，进到步骤S25，生成运 算处理结果的数据(输出数据)，回到主程序。然后，在主程序的步骤S3中，CPU 1接受由下位程序所生成的输出数据，并通过输出模块4向外部存储器10写出该数据。
如果在步骤S24中判定为认证代码是异常，则不能继续进行处理，程序失控。另外，也能构成为：当在步骤S24中判定为认证代码是异常时，结束执行程序，或者回到主程序而不生成输出数据。
如上所述，该实施例1的微控制器具有把从CPU 1所写入的任意值作为认证代码来保持、并根据读出请求输出该认证代码的认证代码生成模块6，并且，在存储于ROM 2内的下位程序中装入有向认证代码生成模块6写入和读出认证代码、并判定是否一致的处理(步骤S23、S24)。
由此，在从图1(a)中的ROM 2非法提取和复制图1(b)的软件来使不具有认证代码生成模块6的图2(a)结构的微控制器动作的情况下，由于在步骤S23中不存在写入对象的认证代码生成模块，因而在步骤S24的判定处理中不能读出正常的认证代码。因此，程序异常结束，不能进行目标处理。因此，具有可使用简单结构防止程序非法利用的优点。
【实施例2】
图3(a)、(b)是示出本发明的实施例2的微控制器的说明图，该图(a)是硬件结构图，以及该图(b)是软件的动作流程图。在这些图3(a)、(b)中，对与图1中的要素共同的要素附上公共标号。
该微控制器设置有认证代码寄存器7而取代图1(a)的微控制器的认证代码生成模块6，并设置有处理内容少许不同的步骤S23A、S24A而取代图1(b)的下位程序中的步骤S23、S24。
认证代码寄存器7由将预先规定的值作为认证代码来存储的ROM构成，是可从CPU 1通过总线3进行读出的寄存器。
步骤S23A是从认证代码寄存器7读出认证代码的处理步骤，步骤S24A是判定在步骤S23A中所读出的认证代码是否是正常的处理步骤。其他结构与图1相同。
该微控制器的动作有以下不同，即：不使用下位程序进行认证代码 的写入，而从认证代码寄存器7中读出认证代码来进行判定，除此以外，与图1的微控制器的动作相同。
如上所述，该实施例2的微控制器具有写入有预定的认证代码的认证代码寄存器7，并且，在存储于ROM 2内的下位程序中装入有通过读出认证代码寄存器7来判定是否是正常的处理(步骤S23A、S24A)。
由此，在从图3(a)中的ROM 2非法提取和复制图3(b)的软件来使不具有认证代码寄存器7的图2(a)结构的微控制器动作的情况下，由于在步骤S23A中不读出正常的认证代码，因而在步骤S24A的判定处理中判定为异常。因此，程序异常结束，不能进行目标处理。因此，具有与实施例1相同的优点。
另外，在实施例1的认证代码生成模块6的情况下，当其地址在图2(a)的微控制器中碰巧被分配给可读写的寄存器的情况下，下位程序正常动作，然而在该实施例2中，由于认证代码寄存器7是读出专用的寄存器，因而从与该认证代码寄存器7对应的地址所读出的值与认证代码一致的偶然性极小。并且，如果按连续的多个地址存储认证代码，则认证代码一致的概率更小。
【实施例3】
图4(a)、(b)是示出本发明的实施例3的认证代码寄存器的结构图，该认证代码寄存器是取代图3中的认证代码寄存器7而设置的。
图4(a)的认证代码寄存器由以下部分构成，即：多个寄存器RG0～RG7，其分别由将固有值作为认证代码来存储的ROM等构成；选择器SEL，其根据选择信号SL0～SL2选择这些寄存器RG0～RG7；总线接口BIF，其根据来自CPU 1的读出请求把由该选择器SEL所选择的寄存器的值输出到总线3；以及设定部，其输出选择信号SL0～SL2。
设定部具有输出有选择信号SL0～SL2的节点N0～N2，这些节点N0～N2与电源电位VDD之间分别通过熔断器FV0～FV2连接，节点N0～N2与接地电位GND之间分别通过熔断器FG0～FG2连接。在该设定部中，1对熔断器(FV0，FG0)、(FV1，FG1)、(FV2，FG2)内的任意一方在制造阶段使用激光束等来切断，从而将电平“H”(“高”)或电 平“L”(“低”)的选择信号SL0～SL2输出到节点N0～N2。
另一方面，图4(b)的认证代码寄存器由以下部分构成，即：设定部，其具有输出例如16比特的认证代码的节点N0～N15；以及总线接口BIF，其根据来自CPU 1的读出请求把从该节点N0～N15所输出的认证代码输出到总线3。设定部的结构与图4(a)中的设定部相同。
在这样的图4(a)、(b)的认证代码寄存器中，通过改变设定部的设定值，可设定不同的认证代码。因此，在新购买例如像先前已购买的硬件那样具有认证代码寄存器的改良版的合法硬件，并使用从先前已购买的硬件非法提取的下位程序使新购买的硬件动作的情况下，由于与设定在下位程序中的认证代码不一致，因而不能进行正常动作。即，由于可通过在内部装入熔断器等来针对每个顾客改变认证代码，因而即使购买了同一硬件，也能防止未购买程序的顾客对非法获得程序的使用。然而，作为制造者，有必要针对设定在硬件内每个各认证代码准备对应的下位程序。
另外，本发明不限于上述实施例，可进行各种变形。作为该变形例，例如有如下情况。
(1)在图1(b)和图3(b)的下位程序中，在进行运算处理后进行认证代码的判定，然而可以在运算处理前进行认证代码的判定。
(2)在图1(b)和图3(b)中，把程序分割成主程序和下位程序，使用下位程序进行认证代码的判定，然而可以使用主程序进行认证代码的判定，并且，也没有必要把程序区分为主程序和下位程序。
(3)认证代码的位数是任意的。
(4)认证代码生成模块6把所提供的任意值直接作为认证代码来输出，然而可以构成为对所提供的任意值进行规定运算来生成认证代码。
(5)图4中的设定部构成为通过熔断器的切断来设定选择信号和认证代码，然而可以构成为通过掩模图形(mask pattern)设定选择信号和认证代码。
(6)设定部的结构不限于图4例示的结构。图5(a)～(c)是示出图4中的设定部的变形例的结构图。
图5(a)的设定部构成为：使节点N0、N1与电源电位VDD之间分别通过熔断器FV0、FV1连接，使该节点N0、N1与接地电位GND之间分别通过高电阻R0、R1连接，通过切断熔断器来把节点下拉到接地电位电平“L”。
图5(b)的设定部构成为：与图5(a)相反，使节点N0、N1与电源电位VDD之间分别通过高电阻R0、R1连接，使该节点N0、N1与接地电位GND之间分别通过熔断器FV0、FV1连接，通过切断熔断器来把节点上拉到电源电位电平“H”。
并且，图5(c)的设定部在节点N0、N1上设置有键合点，并通过键合线W与封装的引线框的电源电位VDD或接地电位GND连接。由于在使用该键合线W的设定部中不使用熔断器，因而无需激光修整装置等的特别装置，具有可使用一般的导线键合装置来设定任意值的优点。
Claims (8)
1.一种利用微控制器来实现认证的认证方法，该微控制器具有存储有程序的存储器、和根据存储在该存储器内的程序进行运算控制的处理器，该认证方法认证上述程序和上述微控制器是否是合法的软硬件组合，其特征在于，
该微控制器设置有由上述处理器进行存取以输出认证代码的认证代码生成单元；
该认证方法使用上述程序从上述认证代码生成单元读出上述认证代码；
判定上述所读出的认证代码是否正常，在判定结果为正常时，认为上述程序和上述微控制器是合法的软硬件组合，继续进行后续处理，在判定结果为异常时，认为上述程序和上述微控制器不是合法的软硬件组合，停止后续处理。
2.根据权利要求1所述的利用微控制器来实现认证的认证方法，其特征在于，上述认证代码生成单元把由上述处理器所写入的数据作为上述认证代码来保持，并根据来自该处理器的读出请求输出该认证代码。
3.根据权利要求1所述的利用微控制器来实现认证的认证方法，其特征在于，上述认证代码生成单元保持预定的认证代码，并根据来自上述处理器的读出请求输出该认证代码。
4.一种微控制器，其特征在于，该微控制器具有：
存储器，其存储有程序；
处理器，其根据存储在上述存储器内的程序进行运算控制；
认证代码生成单元，其把由上述处理器所写入的数据作为认证代码来保持，并根据来自该处理器的读出请求输出该认证代码；以及
判定单元，其判定读出的上述认证代码是否正常，在判定结果为正常时，认为上述程序和上述微控制器是合法的软硬件组合，继续进行后续处理，在判定结果为异常时，认为上述程序和上述微控制器不是合法的软硬件组合，停止后续处理。
5.一种微控制器，其特征在于，该微控制器具有：
存储器，其存储有程序；
处理器，其根据存储在上述存储器内的程序进行运算控制；
认证代码生成单元，其根据来自上述处理器的读出请求输出预定的认证代码；以及
判定单元，其判定读出的上述认证代码是否正常，在判定结果为正常时，认为上述程序和上述微控制器是合法的软硬件组合，继续进行后续处理，在判定结果为异常时，认为上述程序和上述微控制器不是合法的软硬件组合，停止后续处理。
6.根据权利要求5所述的微控制器，其特征在于，上述认证代码生成单元具有：
设定部，其通过掩模图形、熔断器的切断或者导线布线固定地设定多位信号；
多个寄存器，其分别设定有预定的认证代码；
选择器，其根据设定在设定部内的多位信号从上述多个寄存器中选择一个来输出设定在该寄存器内的上述认证代码；以及
总线接口，其根据来自上述处理器的请求输出从上述选择器输出的上述认证代码。
7.根据权利要求5所述的微控制器，其特征在于，上述认证代码生成单元具有：
设定部，其通过掩模图形、熔断器的切断或者导线布线固定地设定多位信号；以及
总线接口，其根据来自上述处理器的请求把设定在上述设定部内的多位信号作为上述认证代码来输出。
8.一种利用微控制器来实现认证的认证方法，该微控制器具有：存储器，其存储有程序；处理器，其根据存储在该存储器内的程序进行运算控制；以及认证代码生成单元，其把由上述处理器所写入的数据作为认证代码来保持，并根据来自该处理器的读出请求输出该认证代码，该认证方法认证上述程序和上述微控制器是否是合法的软硬件组合，其特征在于，该认证方法使上述处理器根据上述程序执行：
把任意数据写入到上述认证代码生成单元内的步骤；
从上述认证代码生成单元读出上述认证代码的步骤；以及
当上述所读出的认证代码与上述所写入的任意数据一致时判定为正常，认为上述程序和上述微控制器是合法的软硬件组合，继续进行后续处理，在不一致时判定为异常，认为上述程序和上述微控制器不是合法的软硬件组合，停止后续处理的步骤。
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