跳到主要内容

STM32 固件校验

介绍​

在嵌入式系统中，固件是设备运行的核心。为了确保固件的完整性和正确性，固件校验（Firmware Verification）是一个至关重要的步骤。STM32微控制器提供了多种方法来实现固件校验，以确保固件在启动时未被篡改或损坏。

固件校验的主要目的是验证固件的完整性和真实性。通过校验，我们可以确保固件在传输或存储过程中没有被意外修改或恶意篡改。

固件校验的基本原理​

固件校验通常通过计算固件的哈希值（Hash Value）或校验和（Checksum）来实现。哈希值是一个固定长度的字符串，由固件内容通过哈希函数生成。如果固件内容发生任何变化，哈希值也会随之改变。

STM32微控制器通常使用CRC（Cyclic Redundancy Check）或SHA（Secure Hash Algorithm）等算法来计算固件的校验值。这些算法可以有效地检测固件中的错误或篡改。

实现固件校验的步骤​

1. 计算固件的哈希值​

在固件编译完成后，我们可以使用工具计算固件的哈希值。例如，使用 sha256sum 工具计算固件的SHA-256哈希值：

bash
sha256sum firmware.bin

输出结果可能如下：

e3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855  firmware.bin

2. 将哈希值嵌入固件​

在固件中嵌入哈希值的方法有多种。一种常见的方法是将哈希值存储在固件的特定位置，例如固件的末尾或特定的Flash区域。

c
const uint8_t firmware_hash[] = {
    0xe3, 0xb0, 0xc4, 0x42, 0x98, 0xfc, 0x1c, 0x14,
    0x9a, 0xfb, 0xf4, 0xc8, 0x99, 0x6f, 0xb9, 0x24,
    0x27, 0xae, 0x41, 0xe4, 0x64, 0x9b, 0x93, 0x4c,
    0xa4, 0x95, 0x99, 0x1b, 0x78, 0x52, 0xb8, 0x55
};

3. 在启动时校验固件​

在STM32启动时，可以通过读取固件内容并重新计算哈希值来验证固件的完整性。如果计算出的哈希值与嵌入的哈希值匹配，则固件被认为是完整的。

c
bool verify_firmware() {
    uint8_t calculated_hash[32];
    calculate_sha256(firmware_start_address, firmware_size, calculated_hash);

    if (memcmp(calculated_hash, firmware_hash, 32) == 0) {
        return true; // 固件校验通过
    } else {
        return false; // 固件校验失败
    }
}
备注

在实际应用中，固件校验通常在启动时进行。如果校验失败，系统可以采取相应的措施，例如进入安全模式或停止启动。

实际应用案例​

案例1：固件升级​

在固件升级过程中，固件校验可以确保新固件在传输过程中没有被损坏或篡改。例如，通过OTA（Over-The-Air）升级时，设备在接收到新固件后，首先计算其哈希值并与预期的哈希值进行比较。如果匹配，则继续升级；否则，拒绝升级并报告错误。

案例2：防止固件篡改​

在某些安全敏感的应用中，固件校验可以防止恶意攻击者篡改固件。通过在固件中嵌入哈希值，并在启动时进行校验，可以确保固件的完整性和真实性。

总结​

固件校验是确保STM32微控制器固件完整性和真实性的重要步骤。通过计算固件的哈希值并在启动时进行校验，可以有效防止固件被篡改或损坏。本文介绍了固件校验的基本原理、实现步骤以及实际应用案例，希望能帮助初学者更好地理解和应用这一技术。

附加资源与练习​

  • 练习1：尝试使用 sha256sum 工具计算一个简单的二进制文件的哈希值，并将其嵌入到STM32固件中。
  • 练习2：编写一个简单的STM32程序，在启动时校验固件的完整性，并在校验失败时点亮LED灯。
提示

了解更多关于STM32固件校验的详细信息，可以参考STM32官方文档和相关教程。