DE10354909A1

DE10354909A1 - Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware

Info

Publication number: DE10354909A1
Application number: DE2003154909
Authority: DE
Inventors: Yun-Ti Chen; Tien-Shou Huang; Chung-Hsuan Kuo
Original assignee: Giga Byte Technology Co Ltd
Current assignee: Giga Computing Technology Co ltd Tw
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: DE10354909B4

Abstract

Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware, aufweisend einen Prozess des Bildens eines Hardware-ID-Codes; des Bildens eines Firmware-ID-Codes sowie des Prüfens des Firmware-ID-Codes und des Hardware-ID-Codes und des Upgradens der Firmware. Für die Verwaltung von Geräte-Software- und -Hardware-Versionen wird ein Kodierverfahren genutzt. Gemäß den Codes werden die Vollständigkeit und die Korrektheit einer Firmware geprüft, bevor die Firmware aufgezeichnet wird, sodass jeder unabsichtliche Fehler oder jede absichtliche Änderung der Firmware-Datei verhindert werden können. Die Kompatibilität der Firmware-Datei mit der Hardware und die Kapazität der Hardware-System-Ressourcen werden bestätigt, um einen Fehler während des Upgrades zu vermeiden.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Steuern des Upgrades von Software in einem elektronischen Gerät und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts, wie beispielsweise eines Computers, in einer intelligenten Weise mit Selbstschutz.

Firmware ist eine Schlüsselkomponente in einem elektronischen Gerät, wie beispielsweise einem Computer, bei dem ein Programm und Daten in einem Nur-Lese-Speicher des Geräts gespeichert sind, die mittels Nutzeroperationen nicht geändert werden können.

Bei einem elektronischen Gerät, insbesondere einer informationsverarbeitenden Vorrichtung, findet man gewöhnlich unzureichende Funktionalität oder Fehler ("bugs") vor, sodass diese, nachdem das elektronische Gerät verkauft worden ist, verbessert (upgegradet) oder korrigiert werden müssen. Die Firmware, mittels der die Betriebs-Software und -Daten gespeichert werden, muss upgegradet werden. Es wurde zu einem Trend, dass Hersteller Mittel zum Upgrade von Firmware zur Verbesserung der Gerätefunktion, zum Verlängern der Nutzungs-Lebensdauer des Geräts und zum Einsparen der Investitionen eines Nutzers bereitstellen. Jedoch beinhaltet ein Firmware-Upgrade zwei sich widersprechende Anforderungen. Erstens soll die Firmware gut geschützt sein, sodass sie nicht einfach modifiziert werden kann und Systemfehler hervorgerufen werden können. Zweitens muss die Firmware einfach upzugraden sein, um die Leistungsfähigkeit oder die Funktionalität des Geräts zu verbessern oder in Ordnung zu bringen.

Daher muss der Bediener, wenn er eine Firmware upgegradet, sehr sorgfältig vorgehen. Eine fehlerhafte Bedienung oder eine falsche Version der Firmware kann sonst als Ergebnis gravierende Folgen für das Gerät hervorrufen, wie beispielsweise einen völligen Ausfall des Systems. Jedoch sieht das herkömmliche Verfahren des Firmware-Upgrades kein Steuern oder einen vorbeugenden Mechanismus zum Vermeiden der Gefahr vor, dass das Gerät aufgrund eines fehlerhaften Upgrades der Firmware auf einfache Weise beschädigt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts bereitzustellen. Für die Verwaltung der Geräte-Software- und -Hardware-Versionen wird ein Kodierverfahren genutzt. Gemäß den Codes wird die Vollständigkeit und Korrektheit einer Firmware geprüft, bevor die Firmware aufgezeichnet wird, sodass jeder unbeabsichtigte Fehler oder jede beabsichtigte Änderung in Bezug auf die Firmware-Datei verhindert werden kann. Die Kompatibilität der Firmware-Datei mit der Hardware und die Kapazität der Systemressourcen der Hardware werden bestätigt, um Fehler während des Upgradens zu vermeiden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts weist die Schritte des Bildens eines Hardware-ID-Codes, des Bildens eines Firmware-ID-Codes, des Prüfens des Firmware-ID- und des Hardware-ID-Codes sowie des Upgradens der Firmware auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts;
2 ein Flussdiagramm eines Prozesses des Bildens eines Hardware-ID-Codes in einem Verfahren der Erfindung;
3 ein Flussdiagramm eines Prozesses des Bildens eines Firmware-ID-Codes in einem Verfahren der Erfindung;
4 ein Flussdiagramm eines Prozesses des Prüfens des Firmware-ID-Codes und des Hardware-ID-Codes sowie des Upgradens der Firmware in einem Verfahren der Erfindung.
Für das Verwalten von Geräte-Software- und -Hardware-Versionen wird im Rahmen der Erfindung ein Kodierverfahren genutzt. Die Hardware-Version betrifft den Aufbau des Geräts. Die Software-Version betrifft die Betriebs-Software des Geräts. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Hardware- und Software-Version werden nachstehend beschrieben.
Hardware-Version
Eine Hardware-Version wird verwendet, um die Kompatibilität der Firmware mit der Hardware zu identifizieren. Die Daten einer Hardware-Version weist die folgenden Abschnitte auf:
Dabei betrifft der Anbieter/Produkt-ID den Namen des Anbieters und den Namen des Produkts; V ist ein Anbieter-Code-Byte; C ist ein CPU-Code-Byte, da die CPU eine wichtige Komponente ist, die mit der Firmware-Version in Wechselbeziehung steht; P ist ein Produkt-Code-Byte; H ist ein Hardware (Leiterplatten) -Code-Byte, und R ist ein reserviertes Byte zum Zwecke der Erweiterung. Beispielsweise sieht eine Hardware-Version aus wie folgt:
Bei der Anwendung kann, wenn eine Serie von Produkten mit verschiedenen Hardware-Komponenten (wie beispielsweise CPUs oder Leiterplatten) entwickelt wird, die Identifikation mittels des C (CPU)- oder H (Leiterplatten) -Codes durchgeführt werden. Ebenso ist, wenn die Geräte von unterschiedlichen Anbietern geliefert werden, der Unterschied im V-Code registriert, sodass eine von einem Anbieter A hergestellte Firmware kontrolliert werden kann, um zu verhindern, dass diese auf eine Hardware eines Anbieters B angewendet wird, und die wechselseitigen Rechte sind geschützt.
Software-Version
Eine Software-Version wird verwendet, um verschiedene Versionen von Software (Firmware-Dateien) zu unterscheiden, die auf die gleiche Hardware anwendbar sind. Eine Software-Version kann die folgenden Abschnitte aufweisen:
Dabei ist A ein Hauptversions (Haupt-Funktionsverbesserungs) -Code-Byte; das erste B-Byte ist ein Code für eine Korrektur eines Hauptfehlers; das zweite und dritte B-Byte sind Codes für Korrekturen sekundärer Fehler; die CC-Bytes sind Codes der spezifizierten Version, wie beispielsweise für verschiedene OEM-Kunden oder für spezielle Objekte. Ein Beispiel einer Software-Version sieht folgendermaßen aus:
Wie in 1 gezeigt, weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts den Prozess des Bildens eines Hardware-ID-Codes (Schritt 101), des Bildens eines Firmware-ID-Codes (Schritt 102), des Prüfens des Firmware-ID-Codes und des Hardware-ID-Codes sowie des Upgradens der Firmware (Schritt 103) auf.
2 stellt den detaillierten Prozess des Bildens des Hardware-ID-Codes dar. Die Schritte sind: Bestätigen der Hardware-Version (Schritt 201); Bestätigen des Passworts (Schritt 202); Bestätigen des Salt (Schritt 203); Bestätigen des Algorithmus' (Schritt 204); Betreiben des Algorithmus' mit den Codes und Erlangen des Hardware-ID-Codes (Schritt 205); und schließlich Schreiben des Salt und des Hardware-ID-Codes in die Hardware (Schritt 206). Das Passwort ist durch den Entwickler verschlossen gehalten und nicht öffentlich zu gänglich. Der Salt ist ein Code, der mit jeder Berechnung zufällig derart erzeugt wird, dass er zusammen mit dem Hardware-ID-Code zum Prüfen der Kompatibilität von Firmware in die Hardware des Geräts aufgezeichnet wird, wenn sie an einem anderen Tag upgegradet werden soll.
Der Algorithmus ist, eine XOR (logisches Exklusiv-ODER) -Verknüpfung der Bytes der Hardware-Version, des Passworts und des Salt zu berechnen und einen Hardware-ID-Code zu erlangen. Die Operation ist einfach, schnell und sicher. Ein Beispiel des Algorithmus' und der Berechnung ist nachstehend aufgelistet.
Der Salt und der Hardware-ID-Code werden beide in eine nichtflüchtige Speichereinrichtung des Geräts geschrieben, wie beispielsweise eine CPLD (komplexe programmierbare Logik-Einrichtung) oder ein EEPROM (elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher).
3 stellt den detaillierten Prozess des Bildens des Firmware-ID-Codes dar. Die Schritte sind: Einlesen der Software-Version und der Hardware-Version (Schritt 301); Berechnen und Erlangen des Hardware-ID-Codes und des Salt (Schritt 302); Berechnen und Erlangen der Prüfsumme der Firmware-Datei (Schritt 303); und Ausfüllen von Leerräumen mit Zufallszahlen (Schritt 304).
Da der Hardware-ID-Code aus der Hardware-Version, dem Passwort und dem Zufalls-Salt berechnet wird, werden aufgrund der Zufalls-Salts verschiedene Hardware-ID-Codes erzeugt. Der Salt und der Hardware-ID-Code sind ebenfalls in der Firmware-ID enthalten, sodass die Schwierigkeit des Crackens des Hardware-ID-Codes erhöht ist.
Zum Berechnen der Prüfsumme können verschiedene Operationen angewendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel wird eine Exklusiv-ODER-Berechnung auf den gesamten Inhalt des Firmware- und des Hardware-ID-Codes angewendet und eine 1-Byte-Prüfsumme erzeugt.
Das Ausfüllen der Leerräume mit Zufallszahlen findet statt, um die Schwierigkeit beim Cracken des Hardware-ID-Codes zu erhöhen. Da jeder Salt zufällig erzeugt wird, sind der Hardware-ID-Code und die Zufallszahlen schwer zu identifizieren. Das Eintragen von Zufallszahlen macht es dem Cracker schwer, die Firmware-Datei aufzulösen und den Hardware-Versions-Algorithmus herauszufinden.
Der vollständige Inhalt eines Firmware-ID-Codes sieht wie folgt aus:
Dabei betrifft der Anbieter/Produkt-ID den Anbieternamen und den Produktnamen; V ist ein Anbieter-Code-Byte; C ist ein CPU-Code-Byte, da die CPU eine wichtige Komponente ist, die mit der Firmware-Version in Wechselbeziehung steht; P ist ein Produkt-Code-Byte; H ist ein Hardware (Leiterplatten) -Code-Byte; R ist ein reserviertes Byte zum Zwecke der Erweiterung; CS ist ein Prüfsummen-Byte; der Salt ist ein Zufallszahlen-Byte; H() ist ein Hardware-ID-Code-Byte; die dynamische Software-Version ist ein 6-Byte-Software-Versions-Code; und Rand1 und Rand2 sind Zufallszahlen zum Ausfüllen der Leerräume. Das Folgende ist ein Beispiel des Prozesses zum Bilden eines Firmware-ID-Codes.
1. Erlangen der Software-Version und der Hardware-Version
2. Berechnen und Eintragen des Hardware-ID-Codes und des Salt
3. Berechnen und Eintragen der Prüfsumme
4. Eintragen von Zufallszahlen in den Leerräumen
4 ist ein Flussdiagramm eines detaillierten Prozesses des Prüfens des Firmware-ID-Codes und des Hardware-ID-Codes sowie des Upgradens der Firmware in einem Verfahren der Erfindung. Die Schritte sind: Gewährleisten, dass die Systemressourcen in der Lage sind, die neue Firmware zu speichern (Schritt 401); Laden der neuen Firmware (Schritt 402); Bestätigen der Prüfsumme der neuen Firmware (Schritt 403); Einlesen der ID-Codes der neuen Firmware und des ursprünglichen Salt, der in der Hardware gespeichert ist, zum Berechnen des Hardware-ID-Codes (Schritt 404); Prüfen, ob der berechnete Hardware-ID-Code der gleiche wie der in der Produkt-Hardware gespeicherte ist (Schritt 405); und Aufzeichnen der neuen Firmware in den Flash-Speicher gemäß dem Prüfergebnis, und automatisches Neustarten (Schritt 406). Beim Prozess wird, wenn die Systemressourcen nicht ausreichen, oder bei einem nicht entsprechenden Prüfergebnis eine Warnnachricht erzeugt, um den Nutzer zu informieren, einen Neustart durchzuführen.
Im Fazit weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern des Upgrades der Firmware eines elektronischen Geräts die folgenden Vorteile auf:

a) Die geladene Firmware-Datei wird über eine Prüfsumme verifiziert, womit eine beliebige beabsichtigte oder unbeabsichtigte Modifikation der Datei verhindert wird;
b) Mittels Prüfens des berechneten Hardware-ID-Codes mit dem einen in der Produkt-Hardware gespeicherten wird jeder beabsichtigte oder unbeabsichtigte Upgrade einer inkorrekten Datei verhindert;
c) Zuerst wird die Kapazität der Systemressourcen geprüft, bevor die Firmware upgegradet wird, um einen Fehler während des Upgrades zu vermeiden;
d) Die Firmware-Version, Kompatibilitätsprodukt- und Hardware-Spezifikationen können direkt aus der Firmware identifiziert werden, um die Korrektheit des Firmware-Upgrades zu gewährleisten;
e) Gegen Cracker, die beabsichtigen, die Firmware illegal zu upgraden, wie beispielsweise eine Firmware eines Anbieters A in ein Produkt eines Anbieters B aufzuzeichnen, gibt es vielfache Mechanismen zum Schützen der Firmware-Datei. Zunächst wird eine Prüfsumme angewendet, sodass jede Modifikation der Datei einen Prüfsummenfehler verursacht. Zweitens ist ein Passwort zum Berechnen des Hardware-ID-Codes erforderlich; das Passwort ist nicht veröffentlicht. Drittens werden Zufalls-Salts zum Berechnen von Hardware-ID-Codes erzeugt, wobei der Hardware-ID-Code und beliebige andere Zufallszahlen schwer zu identifizieren sind. Das Eintragen von Zufallszahlen macht es einem Cracker schwer, die Firmware-Datei aufzulösen und den Hardware-Versions-Algorithmus herauszufinden;
f) Der Algorithmus zum Berechnen des Hardware-ID-Codes und der Prüfsumme kann wenn erforderlich dynamisch geändert werden. Hinsichtlich der Effizienz wird die Exklusiv-ODER-Berechnung verwendet. Ansonsten kann eine sichere Berechnung, wie beispielsweise MD5 (Message-Digest-Algorithmus) oder andere Algorithmen, verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts, aufweisend den Prozess: des Bildens eines Hardware-ID-Codes; des Bildens eines Firmware-ID-Codes; und des Prüfens des Firmware-ID-Codes und des Hardware-ID-Codes sowie des Upgradens der Firmware.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 1, wobei der Prozess des Bildens eines Hardware-ID-Codes ferner die Schritte aufweist: Bestätigen einer Hardware-Version; Bestätigen eines Passworts; Bestätigen eines Salt; Bestätigen eines Algorithmus'; Betreiben des Algorithmus' mit der Hardware-Version, dem Passwort und dem Salt und Erlangen eines Hardware-ID-Codes; und Schreiben des Salt und des Hardware-ID-Codes in die Hardware.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 1, wobei der Prozess des Bildens eines Firmware-ID-Codes ferner die Schritte aufweist: Einlesen einer Software-Version und einer Hardware-Version; Berechnen und Erlangen des Hardware-ID-Codes und des Salt; Berechnen und Erlangen einer Prüfsumme einer Firmware-Datei; und Ausfüllen von Leerräumen mit Zufallszahlen.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 1, wobei der Prozess des Prüfens des Firmware-ID-Codes und des Hardware-ID-Codes sowie des Upgradens der Firmware ferner die Schritte aufweist: Gewährleisten, dass Systemressourcen in der Lage sind, eine neue Firmware zu speichern; Laden der neuen Firmware; Bestätigen einer Prüfsumme der neuen Firmware; Einlesen von ID-Codes der neuen Firmware und eines in der Hardware gespeicherten ursprünglichen Salt zum Berechnen eines Hardware-ID-Codes; Prüfen, ob der berechnete Hardware-ID-Code der gleiche ist wie der, der in der Produkt-Hardware gespeichert ist; Aufzeichnen der neuen Firmware in einen Flash-Speicher gemäß dem Prüfergebnis und automatisches Neustarten.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 2, wobei die Hardware-Version in einem Format:
vorliegt, wobei Anbieter/Produkt-ID den Namen eines Anbieters und den Namen eines Produkts betrifft; V ein Anbieter-Code-Byte ist; C ein CPU-Code-Byte ist; P ein Produkt-Code-Byte ist; H ein Hardware-Code-Byte ist; und R ein reserviertes Byte zum Zwecke der Erweiterung ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 3, wobei die Hardware-Version in einem Format:
vorliegt, wobei Anbieter/Produkt-ID den Namen eines Anbieters und den Namen eines Produkts betrifft; V ein Anbieter-Code-Byte ist; C ein CPU-Code-Byte ist; P ein Produkt-Code-Byte ist; H ein Hardware-Code-Byte ist; und R ein reserviertes Byte zum Zwecke der Erweiterung ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 3, wobei die Software-Version in einem Format:
vorliegt, wobei A ein Haupt-Versions-Code-Byte ist; das erste B ein Code für eine Haupt-Fehler-Korrektur ist; das zweite und das dritte B Codes für Sekundär-Fehler-Korrekturen sind; und CC Codes einer spezifizierten Version sind.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 1, wobei der Firmware-ID-Code in einem Format:
vorliegt, wobei der Anbieter/Produkt-ID den Namen eines Anbieters und den Namen eines Produkts betrifft; V ein Anbieter-Code-Byte ist; C ein CPU-Code-Byte ist; P ein Produkt-Code-Byte; H ein Hardware-Code-Byte ist; R ein reserviertes Byte zum Zwecke der Erweiterung ist; CS ein Prüfsummen-Byte ist; Salt ein Zufallszahlen-Byte ist; H() ein Hardware-ID-Code-Byte ist; die dynamische Software-Version ein 6-Byte-Software-Versions-Code ist; und Rand1 und Rand2 Zufallszahlen zum Ausfüllen der Leerräume sind.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 2, wobei der Salt zufällig erzeugt wird und jedes Mal anders ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 3, wobei der Salt zufällig erzeugt wird und jedes Mal anders ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 4, wobei der Salt zufällig erzeugt wird und jedes Mal anders ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 2, wobei die Berechnung ein Algorithmus einer logischen Exklusiv-ODER-Operation ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 3 wobei der Algorithmus eine logische Exklusiv-ODER-Operation ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 4, wobei die Berechnung ein Algorithmus einer logischen Exklusiv-ODER-Operation ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 2, wobei der Algorithmus ein MDS Message-Digest-Algorithmus ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 3, wobei die Berechnung ein Algorithmus eines MD5 Message-Digest-Algorithmus' ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 4, wobei die Berechnung ein Algorithmus eines MD5 Message-Digest-Algorithmus' ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 2, wobei der Salt und der Hardware-ID-Code beide in das Gerät geschrieben werden und in einer nichtflüchtigen Speichereinrichtung der Hardware gespeichert werden.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 18, wobei die nichtflüchtige Speichereinrichtung eine komplexe programmierbare Logik-Einrichtung ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 18, wobei die nichtflüchtige Speichereinrichtung ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher ist.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 4, wobei während des Schrittes des Gewährleistens, dass die Systemressourcen in der Lage sind, eine neue Firmware zu speichern, eine Warnnachricht erzeugt wird, um einen Nutzer zu informieren, einen Neustart durchzuführen, wenn die Systemressourcen nicht ausreichen.
Verfahren zum Steuern des Upgrades von Firmware eines elektronischen Geräts gemäß Anspruch 4, wobei während der Schritte des Bestätigens und des Prüfens bei einem entsprechenden Prüfergebnis eine Warnnachricht erzeugt wird, sodass ein Nutzer informiert wird, einen Neustart durchzuführen.