摘要：介绍了软件狗技术的发展，提出了一种改进的低成本USB软件狗的设计方案，分析了常见的加解密技术，并据此提出了一系列反破解措施。
关键词：USB 软件狗 加解密技术 反破解
1 软件狗技术
近年来，软件狗技术在保护软件开发者利益、防止软件盗版方面起了很大作用。软件狗技术属于硬加密技术，它具有加密强度大、可靠性高等特点，已广泛应用于计算机软件保护。软件狗技术的发展经历了多次更新换代。第一代软件狗通过短接并行口的某两根线，或者再加上些电阻、电容、二极管等实现；第二代软件狗采用逻辑门电路跨接在开行口上，并采取适当的措施尽量避免软件狗和打印机之间的相互干扰；第三代软件狗的核心芯片是EEPROM，主机通过并行口直接读写 EEPROM以实现对加密信息存取；第四代软件狗以微控制器和EEPROM为核心器件，又称微狗，它具有一定的智能，应用灵活性和抗破解能力都得到了很大提高。
传统的软件狗通过在并行口上附加一定的电路实现，而并行口本身的特点限制了传统软件狗技术的进步发展。由于并行口本身没有电源线，所以传统折并行口软件狗都是通过各种“偷电”技术从数据线或控制线获得软件狗电路所需的电源，其电路必须选用规模不大的低拉耗元器件。在负载能力很低的并行口上，并行口软件狗难以保证正常工作。由于并行口是为连接单个设备设计的，在连接多个设备时很难避免冲突，传统的并行口软件狗必须细考虑与打印机之间的兼容问题。特别是对于一些非标准接口的并行口设备，就更难解决冲突问题。这些都使并行口软件技术的展受到很大限制。
USB是在1994年底由 Compaq、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的一种连接外部设备的新型的通用串行接口技术，它具有真正的即插即用和热插拔功能，理论上可支持多达127个不外设的同时连接。USB是一种先进的很有前途的接口标准，随着USB接口器件的发展，使用USB接口的设备会越来越多。USB接口本身具有电源线，可为外设提供稳定可靠的工作电源，从而对USB软件狗所用元器件的工作电压、功耗等的要求大大降低，软件狗的工作条件得到很大改善，更容易实现复杂、灵活的设计和电路的微型化。由于USB是为连接多个设备而设计的，有着严格的规范，从接口本身避免了设备间的冲突，只要遵循USB接口规范， USB软件狗不但不会对别的USB设备产生影响，也不会受到别的USB设备的影响。与并行口相比，USB接口更适合于软件狗技术。
2 USB软件狗的硬件
在本设计中，所使用的微控制器是CY7C63100A/CY7C63101A。它是CYPRESS公司生产的8位精简指令集（RISC）的OTP型微控制器。它集成有1.5Mbps的USB串行接口引擎（SIE）（即USB收发器），具有128字节的片内RAM、2/4K字节的程序存储空间，片内还具有个自由运行的8位定时器、一个看门狗定时器和内部上电复位电路，它的指令集专门为开发USB应用进行了优化。该控制器拥有两个输入输出端口、16根通用 I/O线，且每根线均可作为中断源。端口1的所有引脚都带有可编程驱动器，可以直接驱动LED发光。该控制器的操作电压为4.0～5.25V，它需要 6MHz的外部陶瓷共振器，片内操作时钟为12MHz。CY7C63100A/CY7C63101A是低速USB外设的低成本解决方案，符合USB1.1 规范，支持1个设备址和2个端点（一个控制端点和一个数据端点）。
本设计中所使用的存储器是24C02，它是带有硬件写保护功能的串行EEPROM，其接口兼容I2C总线规范，通过一对串行时钟、数据线对片内存储单元进行读写。24C02的片仙存储器容量为2K位（或256字节）。
本文设计的USB软件狗的硬件电路图如图1所示。其核心器件是微控制器（可根据需要选用CY7C63100A或CY7C63101A，其区别为程序存储器的空间不同，分别为2K字节和4K字节）和串行EEPROM（24C02），各元件的具体参数如图1所示。
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微控制器的第15（D-）、16（D ）脚分别连接USB连接器的2（D-）、3（D ）脚，提供微控制器和主机之间信息交换的电信号通道，其中第15引脚（D-）所接的7.5kΩ的上拉电阻是为了满足USB规范的要求。微控制器通过USB接口与主机进行信息交换。
微控制器的第20脚（P1.1）经过10kΩ的上位电阻连接24C02的第7脚（WP，写保护），控制24C02的写操作使能。当WP为高电平（Vcc）时，只能读取24C02的内容而不能对其进行写入；当WP为低电平（Vss）时，则可以进行读、写操作。设置写保护功能，可以防止存储器内容被意外改写。微控制器的第19脚（P1.3）连接24C02的第6脚（SCL，串行时钟），为控制24C02的读写操作提供时钟；微控制器的第18脚（P1.5）经过 10kΩ的上拉电阻接24C02的第5脚（SDA，串行数据、地址 ），作为读写24C02的数据、地址信号线。微控制器通过这三根信号线完成对24C02 的读写操作，对24C02的读写控制满足I2C总线规范。
3 USB软件狗的软件
USB软件狗的软件包括主机软件微控制器中的软件（固件）。主机软件和固件相配合，协完成主机与USB软件狗间的信息交换。其中，微控制器中的固件主要完成与USB主机的通信（包括参与USB总线设备枚举、 USB软件狗的自身标识等）、对24C02的读写操作、与主机程序相配合实现和主机程序间的数据交换等任务。微控制器程序的简化软件框图如图2所示。
