免责声明：本文所记载的内容仅涉及技术科普和探讨，与具体代码和实现方式无关，作者不会对破解等敏感问题进行回应，请悉知。
IP核是在电路设计中不可或缺的组成部分。通常，IP核可以从FPGA厂商或专门的提供商获得。为了保护知识产权，这部分代码需要进行保护。
正如所猜测的那样，IP核的加解密工作是有专门的标准进行规范的，目的应该是保证各个EDA工具可以正确处理相关代码。这个标准也就是IEEE Std 1735，可以从这里获得标准的PDF文档。
总的来说，IP核的加解密算法和大家常用的算法其实区别不大，都是综合利用了非对称加密的安全性与对称加密的效率，是比较成熟的方案，可以很方面地使用市面上已有的加密库（比如OpenSSL cyrpto library，即libcrpyto）进行加解密。具体来说：
非对称加密可以通过对公钥和私钥的区分来实现很高的安全性。EDA工具厂商可以将公钥分发给需要加密的第三方厂商，而将私钥通过各种手段隐藏在自身代码中（或者通过远程服务器进行解密），从而降低了密钥流出的风险。
对称加密则用于对代码主体的加密。考虑到EDA工具对IP核的处理速度，这里可以使用更加高效的对称加密，典型的算法是AES。考虑到对称加密的加解密密钥是一致的，可以事先使用非对称加密对密钥进行处理，进一步提升安全性。
当然，以上提到的算法只是IP核加解密的一个重要环节，标准只能解决文本级别的加解密，目的主要是避免相关代码被直接暴露。这里还可以使用其它技术手段（如代码混淆）进行更深层次的加密，这对于隐藏具体实现方式和避免逆向设计来说更为有效。
以下文章主要探讨V1（也就是等级1）的加解密，V2可以参考上面给出的标准文档。
在加密IP核的时候，我们需要准备好以下内容（session key的定义可以见后文）：
首先最重要的当然是RTL代码，目前在标准层面支持Verilog HDL和VHDL。
非对称加密（用于加密session key）和对称加密（用于加密代码块）的算法需要给出，目前常用的分别是RSA（推荐大于等于2048位）和AES（128位或256位，CBC）。
非对称加密使用的公钥，这部分通常由EDA工具或者代码加密工具提供。在加密时，可以同时使用多个公钥，工具将会为每个公钥生成对应的session key，这些公钥可以使用keyowner等字段区分。
其实还有个不大明显的部分，就是如何从session key中得到对称加密使用的密钥。为了增强安全性，我们可以通过加盐等方式让session key和AES的密钥有一个特定的生成关系。我们定义相关的处理函数为f: x ↦ y，其中函数f并不要求可逆。
其中，session key是一个重要的部分，它可以保证对每个IP核都生成一个专门的密钥，这可以获得以下好处：
每个IP核使用的session key都可以不同，从而提升了加密的有效性。
不同的RSA公钥可以用来加密同一个session key并获得不同的结果，可以避免对同一个代码块进行重复多次加密，节省了文件的体积。
加密流程如下：
确定需要加密的文本部分，并将其填充到AES要求的整数倍字节（例如128位）。这里使用的填充算法应该是PKCS#7 padding，也是OpenSSL等工具默认的填充算法。
生成session key，并使用函数f将其处理为AES使用的密钥。为了保证AES密钥的强度，session key最好使用较长的位数，并且可以使用加盐等方式进一步提升强度。
代码加密工具读取RSA公钥，对session key进行加密，使用Base64编码以将二进制映射到ASCII字符，并将其写入到key_block中。
代码加密工具读取AES密钥，对代码主体进行加密，使用Base64编码以将二进制映射到ASCII字符，并将其写入到data_block中。
可以发现，上述流程中生成的key_block和data_block是最重要的部分，分别记录了加密后的session key和代码块，而这些部分将会成为解密的关键。
在解密IP核的时候，我们需要准备好以下内容：
key_block，记录了加密后的session key。
data_block，记录了加密后的代码主体。
RSA的私钥，这个是整个环节中隐蔽性最高的部分，一般EDA工具都会将其写入到代码的特定位置，使用时经过特殊处理获取，防止被直接泄露。
在加密流程中定义的处理函数f。
解密流程如下：
分别读取key_block和data_block，并且使用Base64解码获取实际的二进制字符。
使用RSA私钥解密key_block，获得session key。
使用函数f将session key处理为AES使用的密钥。
使用AES解密data_block，并根据padding的数值去除padding部分，得到实际的代码块内容。
通过以上流程，我们就能从加密的IP核获得解密后的代码。在这其中，最重要的就是RSA和私钥和处理函数f，这两个部分需要在EDA工具中被重点保护。
可以看到，IP核的加解密过程其实并不神秘，其安全性主要依赖于对RSA私钥和处理函数f的保护程度。当然，V2规范还提到了多种加密方式，这些方式也离不开非对称加密和对称加密的组合，有兴趣的读者可以自行研究。
最近编辑记录 metro (2022-02-13 00:27:12)
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