基于单片机bootloader的随笔

一、前言

一直觉得做产品开发需要得考虑一些安全策略，一般的设计固件时会进行bootloader设计，而设计一个高效且安全的定制Bootloader需要考虑以下几个关键因素：

1. 安全性

首先确保Bootloader自身的安全性，例如通过以下措施：

• 加密：使用加密算法确保固件在传输和烧写过程中的安全性。Bootloader需要能够解密接收到的固件。

• 数字签名：通过签名验证确保烧录的固件是经过授权的。Bootloader应验证固件签名的合法性后才能烧录。

• 锁定Bootloader：在生产烧录完成后，可以锁定Bootloader以防止未授权的代码执行。

• 使用加密算法：

  选用合适的加密算法对固件内容进行加密。常用的有AES（高级加密标准），可以对固件内容进行加密，仅在需要加载到内存执行时解密。注意，这种方法需要在MCU中嵌入加密和解密的代码，并安全地存储密钥。

• 其他

  不要在程序中直接出现id地址，例如STM32:1FFFF7E8 1FFFF7EC 1FFFF7F0

2. 高效烧录

为了提高烧录效率，可以采取以下策略：

• 批量烧录：开发一个支持批量烧录的Bootloader，可以一次性向多个设备并行烧录固件。
• 快速通讯协议：选择速度较快的通讯协议（如USB高速模式）进行数据传输。
• 优化固件结构：减少固件大小，避免不必要的数据写入。

3. 更新机制

考虑到产品需要在市场中更新，需要：

• 设计安全的更新协议：确保固件更新包在传输和烧录过程中的安全性，防止固件被篡改或泄露。
• 支持远程更新：Bootloader应支持通过网络或其他无线手段远程更新固件，以便于大规模部署。

4. 生产烧录优化

为了提高生产效率：

• 使用快速编程器：使用比J-Link更高效的编程器，或者使用多路编程器同时烧录多个设备。
• 预编程内存：如果可能的话，在MCU还没有被焊接到PCB上之前就进行编程。
• 并行烧录：设置多个烧录工作站，使得多个操作员可以同时烧录。

5. 生产后阶段

在产品离开生产线后：

• 关闭调试接口：通过设置STM32的Read Protection等级，禁用调试端口，防止通过SWD接口读取固件。（一般不关，只是一个点）
• 启用读写保护：对关键区域（如Bootloader存储区）启用读写保护来防止恶意软件覆盖Bootloader。

6. 使用专业烧录系统

假如1天需要烧录1000块板子的高效率要求，可能需要专业的烧录解决方案，比如使用专业的批量烧录系统，它们通常可以通过并行烧录和自动化流程来提高烧录速度。

7. 维护和支持

• 版本控制：确保Bootloader可以识别不同版本的固件，以支持向后兼容。
• 故障恢复：设计Bootloader时，需要考虑固件升级失败的情况。应提供一种机制来恢复到旧版固件或者一个基本的、可用的固件版本。

8. 设备认证

• 确保每个设备的唯一性：为每个设备分配一个唯一的身份标识，并通过加密手段保护这个信息，确保更新和通信的安全性。

通过采取这些措施，可以设计一个出既安全又高效的Bootloader，以适应高速的生产需求，同时保持产品在市场中的固件安全性和更新能力。

当然还有其他的硬件设计方式，比如：

9. 使用内置的硬件加密

如果MCU支持，可以利用内置的硬件加密功能（比如STM32H7系列支持的）来保护程序代码。这将确保即使有人物理接触到MCU，也无法直接读取或理解固件内容。

10.硬件封装

选择难以物理攻击的封装类型，比如BGA封装相对于TQFP或DIP封装更难被攻击。

11. 物理封锁

在PCB设计中，考虑物理封锁或隐藏调试接口，使外部设备难以连接到MCU的相关引脚。

以上只是一些思路，笔者也是处于摸索中，具体要根据自己的使用场景进行产品设计。在产品设计之初就需要考虑这些安全措施，并在产品的整个生命周期中持续关注安全性。

本文完！！！