CN109902452A - Fpga授权验证方法、装置及处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种FPGA授权验证方法、装置及处理设备，涉及人工芯片技术领域，该方法包括：包括：在启动时，接收服务器发送的授权计算信息；其中，授权计算信息由FPGA的设备码和固件的功能对应的特征值加密计算得到；判断授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致；其中，授权信息由设备码和FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到；如果一致，启动FPGA；如果不一致，停止启动FPGA。本发明不需要依赖efuse烧录不同信息，在efuse相同的情况下可以对不同功能的固件进行授权，并且可以进行芯片二次升级，可以避免现有烧写不同的efuse秘钥导致的物料管理、生产成本高及可控性低的问题。

Description

FPGA授权验证方法、装置及处理设备

技术领域

本发明涉及芯片技术领域，尤其是涉及一种FPGA授权验证方法、装置及处理设备。

背景技术

现有的FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)模组通常采用efuse(electronic fuse，电子融线)加密方法，efuse属于一次性可编程存储器，仅能烧写一次。FPGA模组出售前会对efuse预先进行烧写，将FPGA芯片加工为加密芯片，只有用相同密钥加密的固件程序才能在该加密芯片上工作，而不加密或者用不同密钥加密的固件程序会导致FPGA无法启动。

FPGA模组的固件程序按照其功能不同可以划分为多种，例如检测固件程序、识别固件程序等，如果通过烧写不同的efuse密钥来区分不同功能FPGA的话，由于efuse只能烧写一次，在烧写之后会无法更改，不能二次升级。同时，为各个功能的FPGA烧写不同的efuse秘钥也会带来物料管理和生产流程复杂、可控性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种FPGA授权验证方法、装置及处理设备，在efuse相同的情况下可以对不同功能的固件授权，并且可以经FPGA模组二次升级。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种FPGA授权验证方法，包括：在启动时，接收服务器发送的授权计算信息；其中，所述授权计算信息由FPGA的设备码和固件的功能对应的特征值加密计算得到；判断所述授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致；其中，所述授权信息由所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到；如果一致，继续启动所述FPGA；如果不一致，停止启动所述FPGA。

进一步，所述方法还包括：读取FPGA的设备码；根据所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值进行加密计算，得到并存储所述授权信息。

进一步，所述存储所述授权信息的步骤，包括：将所述授权信息存储至单次只写寄存器。

进一步，所述判断所述授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致的步骤，包括：将所述授权计算信息存储至单次只写寄存器；通过RTL判断单次只写寄存器存储的所述授权计算信息与所述授权信息是否相同。

进一步，所述方法还包括：为固件的不同功能分别设置不同的特征值。

进一步，所述设备码为DNA码，所述特征值为盐值，所述加密计算使用的算法为哈希算法。

第二方面，本发明实施例提供了一种FPGA授权验证装置，包括：接收模块，用于在启动时，接收服务器发送的授权计算信息；其中，所述授权计算信息由FPGA的设备码和固件的功能对应的特征值加密计算得到；判断模块，用于判断所述授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致；其中，所述授权信息由所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到；启动模块，用于如果一致，继续启动所述FPGA；停止模块，用于如果不一致，停止启动所述FPGA。

进一步，所述装置还包括授权信息生成模块，所述授权信息生成模块用于：读取FPGA的设备码；根据所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值进行加密计算，得到并存储所述授权信息。

第三方面，本发明实施例提供了一种FPGA授权验证的处理设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面任一项所述的方法的步骤。

本发明实施例提供了一种FPGA授权验证方法、装置及处理设备，通过比较由设备码和固件功能对应的特征值加密计算得到的授权计算信息，与由设备码和FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到授权信息，在两者相同时验证成功启动FPGA芯片，不需要依赖efuse烧录不同信息，在efuse相同的情况下可以对不同功能的固件进行授权，并且可以进行FPGA芯片二次升级，可以避免由于为各个功能的FPGA烧写不同的efuse秘钥导致的物料管理、生产成本高及可控性低的问题。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种电子设备的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种FPGA授权验证方法流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的计算授权信息的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种FPGA授权验证装置的结构框图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种FPGA授权验证装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

eFUSE寄存器一般包括四个寄存器，分别存放AES秘钥、用户信息、设备DNA和eFUSE控制信息。现有技术一般是是通过在FPGA中烧写不同的efuse密钥来区分为不同功能的FPGA，在烧写之后无法更改，灵活性较差，且烧写不同efuse秘钥生产成本和管理成本高的问题，为改善此问题，本发明实施例提供的一种FPGA授权验证方法、装置及处理设备，以下对本发明实施例进行详细介绍。

实施例一：

首先，参照图1来描述用于实现本发明实施例的FPGA授权验证方法、装置及处理设备的示例电子设备100。

如图1所示的一种电子设备的结构示意图，电子设备100包括一个或多个处理器102、一个或多个存储装置104、输入装置106以及输出装置108，这些组件通过总线系统112和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。应当注意，图1所示的电子设备100的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，所述电子设备也可以具有其他组件和结构。

所述处理器102可以采用数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)中的至少一种硬件形式来实现，所述处理器102可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元中的一种或几种的组合，并且可以控制所述电子设备100中的其它组件以执行期望的功能。

所述存储装置104可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器102可以运行所述程序指令，以实现下文所述的本发明实施例中(由处理器实现)的客户端功能以及/或者其它期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如所述应用程序使用和/或产生的各种数据等。

所述输入装置106可以是用户用来输入指令的装置，并且可以包括键盘、鼠标、麦克风和触摸屏等中的一个或多个。

所述输出装置108可以向外部(例如，用户)输出各种信息(例如，图像或声音)，并且可以包括显示器、扬声器等中的一个或多个。

示例性地，用于实现根据本发明实施例的种FPGA授权验证方法、装置及处理设备的示例电子设备可以被实现为FPGA芯片等。

实施例二：

参见图2所示的一种FPGA授权验证方法流程图，该方法可由前述实施例提供的电子设备执行，该方法具体包括如下步骤：

步骤S202，在启动时，接收服务器发送的授权计算信息。其中，授权计算信息由FPGA的设备码和固件对应的功能的特征值加密计算得到。

在FPGA芯片启动时，需要验证当前的固件是否为得到授权的固件，仅在验证是授权的固件时才继续执行启动，并在芯片上工作。为了区分不同功能的FPGA芯片，可以对不同功能设置不同的授权信息。在启动时，可以接收服务器发送的授权计算信息，该服务器可以是与FPGA芯片连接的本地服务器或者云端服务器，该服务器可以根据FPGA芯片的设备码和固件的功能的特征值加密计算得到。其中，设备码是FPGA芯片的唯一码，每个芯片的设备码都是唯一的，用户可以通过该设备码对自己的程序进行加密操作。固件不同的功能对应不同的特征值，从而对不同的功能做出区分。

由设备码和特征值共同进行加密即可得到当前固件的授权计算信息，加密是考虑到授权的安全性，后续步骤中比较的也是加密后的信息，可以防止恶意获取到该授权计算信息后得到特征值，从而恶意授权固件，提高FPGA芯片使用的安全性。

步骤S204，判断授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致。其中，授权信息由设备码和FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到，如果一致，执行步骤S206，如果不一致，执行步骤S208。

如前所述，为不同功能的固件分别设置了不同的特征值，也需要为授权不同功能的FPGA芯片设置不同的特征值，并根据授权功能对应的特征值和设备码加密计算得到该FPGA芯片的授权信息。需要说明的是，上述授权计算信息和授权信息的加密算法均可以采用多种适合的加密算法，且两者的加密算法保持相同，例如使用哈希算法等加密算法。由于上述设备码是唯一的，相同功能的多个FPGA芯片的授权信息也是不同的，可以预先计算并存储至FPGA芯片中。

当授权计算信息和授权信息一致时，则表示当前固件的功能与当前FPGA芯片的功能相同，则可以继续启动FPGA算法逻辑，否则中止启动FPGA算法逻辑。在上述判断的过程中不再需要依赖efuse，即不需要在efuse中烧录不同的秘钥以区分功能，从便于生产FPGA芯片考虑，所有FPGA芯片的efuse可以设置为同一值。上述授权信息是基于该FPGA芯片被授权的功能对应的特征值计算得到的，如果想修改FPGA芯片的功能，则只需修改该特征值并将新计算得到的授权信息存储至FPGA芯片即可，因此对已经设置过某种功能的FPGA芯片，还可以进行功能的修改，即二次升级，使用灵活。

步骤S206，继续启动FPGA。在上述授权计算信息和授权信息一致时，继续启动FPGA算法逻辑。

步骤S208，停止启动FPGA。在上述授权计算信息和授权信息不一致时，中止启动FPGA算法逻辑。

本发明实施例提供的上述FPGA授权验证方法，通过比较由设备码和固件功能对应的特征值加密计算得到的授权计算信息，与由设备码和FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到授权信息，在两者相同时验证成功启动FPGA芯片，不需要依赖efuse烧录不同信息，在efuse相同的情况下可以对不同功能的固件进行授权，并且可以进行FPGA芯片二次升级，可以避免由于为各个功能的FPGA烧写不同的efuse秘钥导致的物料管理、生产成本高及可控性低的问题。

在上述方法中，参见图3所示的计算授权信息的流程图，计算授权信息可以按照以下步骤执行：

步骤S302，读取FPGA芯片的设备码。该设备码可以是FPGA芯片的DNA码或者IDCode，均为出厂时即写入的唯一标识码，形式可以是一个二进制序列。具体的读取过程可以采用外置软件读取或内置程序读取，后续的加密计算过程可以在FPGA芯片内进行，也可以在外部的计算设备中进行。

步骤S304，根据上述设备码和FPGA授权功能对应的特征值进行加密计算，得到并存储授权信息。可以先将设备码和特征值进行组合，以特征值也采用二进制序列的形式为例，可以将设备码与特征值连接，例如将设备码和特征值首尾连接(两者前后顺序可调)，或者将特征值插入到设备码的任意位置(各个设备码的插入位置均相同)，组合得到新的标识序列，再对该标识序列进行加密计算。

其中，在存储时可以将授权信息存储至单次只写寄存器，该单次只写寄存器指只能写一次并且不能读的寄存器，因此只能进行比较，可以防止恶意读取FPGA芯片的功能对应的授权信息，提高了安全性。写入到单次只写寄存器可以通过RTL(Register-TransferLevel，寄存器传输级)实现。

在将授权信息写入上述单次只写寄存器后，上述判断授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致的步骤，可以按照以下步骤执行：

(1)将授权计算信息存储至单次只写寄存器。如前述，将授权计算信息写入到单次只写寄存器也可以通过RTL实现。

(2)通过RTL判断单次只写寄存器存储的授权计算信息与授权信息是否相同。可以通过FPGA芯片的RTL判断授权计算信息与授权信息是否一致。如果完全一致，则FPGA算法逻辑才会继续启动执行，否则，FPGA算法部分停止启动。

以下示例说明上述授权验证的过程。首先，读取FPGA芯片的DNA码值，其中可以在PL(Programmable Logic，可编程逻辑)中读取FPGA芯片的DNA码值，然后在FSBL(FirstStage BootLoader，第一阶段系统引导程序)里bitstream(位元流)加载完成后，将控制权转交给U-boot之前去读取PL中读取到的DNA码值。

在FSBL里对不同功能的固件设置不同的salt(盐值)，即前述特征值，对DNA码和salt字段的组合进行哈希运算，得到待验证结果A。由于不同功能采用不同的salt，再经过与DNA码的加密计算，不同功能会得到不同的待验证结果，因此即使在使用相同efuse的情况下，FPGA芯片也可以被区分为不同功能的芯片，即实现了对不同功能固件进行授权。

上述salt可以是任意字母、数字、或是字母或数字的组合，需要说明的是该salt是随机产生的，将salt与DNA码连接在一起(salt连接在DNA码的前面、后面或者插入到DNA码的中间任意位置均可)，然后将连接后的字符串加密，得到上述待验证结果A。

通过联网，远端云服务器或者服务器上层软件读取芯片的DNA码以及当前的固件对应功能的salt，同样对连接后的DNA码与salt进行哈希运算，得到计算结果A′。然后，将计算结果A′写入RTL的某个只能写一次的寄存器中(与待验证结果A存储的寄存器为不同的寄存器)。最后，在FPGA芯片的RTL里判断待验证结果A与计算结果A′是否一致。如果完全一致，FPGA算法逻辑才会启动执行，否则FPGA算法部分停止启动。

实施例三：

对于实施例二中所提供的FPGA授权验证方法，本发明实施例提供了一种FPGA授权验证装置，参见图4所示的一种FPGA授权验证装置的结构框图，包括：

接收模块402，用于在启动时，接收服务器发送的授权计算信息；其中，授权计算信息由FPGA的设备码和固件的功能对应的特征值加密计算得到；

判断模块404，用于判断授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致；其中，授权信息由设备码和FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到；

启动模块406，用于如果一致，继续启动FPGA；

停止模块408，用于如果不一致，停止启动FPGA。

本发明实施例提供的上述FPGA授权验证装置，通过比较由设备码和固件功能对应的特征值加密计算得到的授权计算信息，与由设备码和FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到授权信息，在两者相同时验证成功启动FPGA芯片，不需要依赖efuse烧录不同信息，在efuse相同的情况下可以对不同功能的固件进行授权，并且可以进行FPGA芯片二次升级，可以避免由于为各个功能的FPGA烧写不同的efuse秘钥导致的物料管理、生产成本高及可控性低的问题。

在一种实施方式中，参见图5所示的一种FPGA授权验证装置的结构框图，上述装置还包括授权信息生成模块502，授权信息生成模块用于：读取FPGA的设备码；根据设备码和FPGA授权功能的特征值进行加密计算，得到并存储授权信息。

在另一种实施方式中，上述授权信息生成模块还用于：将授权信息存储至单次只写寄存器。

在另一种实施方式中，判断模块还用于：将授权计算信息存储至单次只写寄存器；通过RTL判断单次只写寄存器存储的授权计算信息与授权信息是否相同。

在另一种实施方式中，上述装置还包括设置模块，用于为固件的不同功能分别设置不同的特征值。上述设备码为DNA码，特征值为盐值，加密计算使用的算法为哈希算法。

本实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

此外，本实施例提供了一种FPGA授权验证的处理设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现实施例二所提供的FPGA授权验证方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

进一步，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例二所提供的方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种FPGA授权验证方法、装置及处理设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种FPGA授权验证方法，其特征在于，包括：

在启动时，接收服务器发送的授权计算信息；其中，所述授权计算信息由FPGA的设备码和固件的功能对应的特征值加密计算得到；

判断所述授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致；其中，所述授权信息由所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到；

如果一致，继续启动所述FPGA；

如果不一致，停止启动所述FPGA。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

读取FPGA的设备码；

根据所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值进行加密计算，得到并存储所述授权信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述存储所述授权信息的步骤，包括：

将所述授权信息存储至单次只写寄存器。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述判断所述授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致的步骤，包括：

将所述授权计算信息存储至单次只写寄存器；

通过RTL判断单次只写寄存器存储的所述授权计算信息与所述授权信息是否相同。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

为固件的不同功能分别设置不同的特征值。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述设备码为DNA码，所述特征值为盐值，所述加密计算使用的算法为哈希算法。

7.一种FPGA授权验证装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于在启动时，接收服务器发送的授权计算信息；其中，所述授权计算信息由FPGA的设备码和固件的功能对应的特征值加密计算得到；

判断模块，用于判断所述授权计算信息与预先存储的授权信息是否一致；其中，所述授权信息由所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值加密计算得到；

启动模块，用于如果一致，继续启动所述FPGA；

停止模块，用于如果不一致，停止启动所述FPGA。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括授权信息生成模块，所述授权信息生成模块用于：

读取FPGA的设备码；

根据所述设备码和所述FPGA授权功能对应的特征值进行加密计算，得到并存储所述授权信息。

9.一种FPGA授权验证的处理设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。