2024年4月27日发(作者：郗迎天)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.6
(22)申请日 2013.06.13
(71)申请人 广东岭南通股份有限公司
地址 510110 广东省广州市越秀区沿江中路298号中区29楼全层
(72)发明人 谢振东 刘强 何建兵 方晓洪
(74)专利代理机构 广州市越秀区哲力专利商标事务所(普通合伙)
代理人 汤喜友
(51)
(10)申请公布号 CN 103366103 A
(43)申请公布日 2013.10.23
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
读卡器的应用程序加密保护方法
(57)摘要
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
初始化读卡器步骤，其包括以下子步骤：
1a、上位机向初始化的读卡器的FLASH存储器写入应用程序；
1b、应用程序根据单片机的芯片唯一标识号并利用算法生成随机数，应用程序根据
单片机的芯片唯一标识号和所述随机数并利用算法生成验证码Cc，并将验证码Cc
和随机数存储于FLASH存储器中；
1c、应用程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Ca，FLASH存储器中的启动
引导程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Cb，，将验证码Ca和验证码Cb
存储于FLASH存储器中；
初始化后的读卡器的应用程序验证步骤，其包括以下子步骤：
2a、初始化后的读卡器上电启动；
2b、应用程序加载验证码Cc，读取FLASH存储器中的随机数和单片机的芯片唯一
标识号并利用算法生成验证码Cc’，判断验证码Cc’是否等于验证码Cc，若否，则
执行步骤2c，若是，则执行步骤2d；
2c、擦除应用程序，并重启返回初始化读卡器步骤；
2d、启动引导程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成
验证码Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤2c，若是，则
执行步骤2e；
2e、应用程序加载验证码Cb，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证
码Cb’，判断验证码Cb’是否等于验证码Cb，若否，则执行步骤2c，若是，则执
行步骤2f；
2f、运行应用程序。
2.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，步骤2e与
步骤2f之间还有如下步骤：
应用程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码
Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则用验证码Ca’替换验证码Ca，
然后才执行步骤2f，若是，则直接执行步骤2f。
3.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，还包括：
初始化后的读卡器的应用程序升级步骤，其包括以下子步骤：
3a、初始化后的读卡器接收上位机的升级指令；
3b、上位机向初始化后的读卡器的FLASH存储器中的应用程序进行更新；
3c、更新后的应用程序生成新的随机数和验证码Cc，并对FLASH存储器中的随机
数和验证码Cc进行更新；
3d、更新后的应用程序对FLASH存储器中的验证码Ca进行更新，启动引导程序
对FLASH存储器中的验证码Cb进行更新。
4.如权利要求3所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，步骤3a与
步骤3b之间还有如下步骤：上位机向初始化后的读卡器发送认证数据，读卡器对
认证数据进行认证，认证通过后才进行步骤3b，认证不通过则退出。
5.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，验证码Ca
和验证码Ca’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为0开始的32字节的数据R1；
用数据R1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文R2；
用密钥Key对密文R2进行分组加密算法得到16字节的密文R3，所述密文R3即
为验证码Ca或验证码Ca’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
6.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，验证码Cb
和验证码Cb’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为32开始的32字节的数据K1；
用数据K1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文K2；
用密钥Key对密文K2进行分组加密算法得到16字节的密文K3，所述密文K3即
为验证码Cb或验证码Cb’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
7.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，验证码Cc
和验证码Cc’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为64开始的32字节的数据L1；
读取单片机的芯片唯一标识号CID，并用数据L1的前4字节进行末位填充算法，
得到数据L2；
用数据L1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文L3；
用密文L3对数据L2进行分组加密算法得到16字节的密文L4；
用密钥Key对密文L4进行分组加密算法得到16字节的密文L5，所述密文L5即
为验证码Cc或验证码Cc’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
8.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，随机数的生
成过程如下：
读取芯片唯一标识号；
利用单片机的自带函数选取芯片唯一标识号中的12个字节的数据A1；
利用单片机的自带函数在数据A1中进行6次选取，得到272个字节的数据A2；
截取数据A2前面的256个字节的数据得到随机数。
9.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，单片机的自
带函数为srand函数或rand函数。
10.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，单片机的
芯片唯一标识号为96bit的唯一只读序列号。
说 明 书
技术领域
本发明涉及软件加密及保护技术，具体涉及读卡器的应用程序加密保护方法。
背景技术
随着电子技术的发展，IC卡在公交卡、银行卡、电子标签、工作证等方面得到广
泛应用。
目前的读卡器由单片机、天线、RFID模块、外部FLASH存储器和加密芯片构成，
为了便于说明，将单片机的内部FLASH存储器与外部FLASH存储器统称为
FLASH存储器。读卡器在出厂时，由制造商将应用程序（App，Application）烧录
至FLASH存储器中。
读卡器是用于读取IC卡数据的设备，利用读卡器内置的应用程序可对IC卡内的电
子钱包进行核减或充值，因此，必须对应用程序进行加密，防止不法分子对应用程
序进行非法复制及修改。然而，目前的加密方法是通过设置加密芯片来完成，这样
就增加了设备的成本，而且也不利于嵌入式设备的开发。
发明内容
本发明的目的在于提出一种读卡器的应用程序加密保护方法，其采用软加密的方式，
解决设备成本高的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
读卡器的应用程序加密保护方法，其包括以下步骤：
（1） 初始化读卡器步骤，其包括以下子步骤：
1a、上位机向初始化的读卡器的FLASH存储器写入应用程序；
1b、应用程序根据单片机的芯片唯一标识号并利用算法生成随机数，应用程序根据
单片机的芯片唯一标识号和所述随机数并利用算法生成验证码Cc，并将验证码Cc
和随机数存储于FLASH存储器中；
1c、应用程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Ca，FLASH存储器中的启动
引导程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Cb，，将验证码Ca和验证码Cb
存储于FLASH存储器中；
（2） 初始化后的读卡器的应用程序验证步骤，其包括以下子步骤：
2a、初始化后的读卡器上电启动；
2b、应用程序加载验证码Cc，读取FLASH存储器中的随机数和单片机的芯片唯一
标识号并利用算法生成验证码Cc’，判断验证码Cc’是否等于验证码Cc，若否，则
执行步骤2c，若是，则执行步骤2d；
2c、擦除应用程序，并重启返回初始化读卡器步骤；
2d、启动引导程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成
验证码Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤2c，若是，则
执行步骤2e；
2e、应用程序加载验证码Cb，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证
码Cb’，判断验证码Cb’是否等于验证码Cb，若否，则执行步骤2c，若是，则执
行步骤2f；
2f、运行应用程序。
优选的，步骤2e与步骤2f之间还有如下步骤：
应用程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码
Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则用验证码Ca’替换验证码Ca，
然后才执行步骤2f，若是，则直接执行步骤2f。
优选的，该应用程序加密保护方法还包括：
（3） 初始化后的读卡器的应用程序升级步骤，其包括以下子步骤：
3a、初始化后的读卡器接收上位机的升级指令；
3b、上位机向初始化后的读卡器的FLASH存储器中的应用程序进行更新；
3c、更新后的应用程序生成新的随机数和验证码Cc，并对FLASH存储器中的随机
数和验证码Cc进行更新；
3d、更新后的应用程序对FLASH存储器中的验证码Ca进行更新，启动引导程序
对FLASH存储器中的验证码Cb进行更新。进一步优选的，步骤3a与步骤3b之
间还有如下步骤：上位机向初始化后的读卡器发送认证数据，读卡器对认证数据进
行认证，认证通过后才进行步骤3b，认证不通过则退出。
优选的，验证码Ca和验证码Ca’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为0开始的32字节的数据R1；
用数据R1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文R2；
用密钥Key对密文R2进行分组加密算法得到16字节的密文R3，所述密文R3即
为验证码Ca或验证码Ca’。
优选的，验证码Cb和验证码Cb’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为32开始的32字节的数据K1；
用数据K1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文K2；
用密钥Key对密文K2进行分组加密算法得到16字节的密文K3，所述密文K3即
为验证码Cb或验证码Cb’。
优选的，验证码Cc和验证码Cc’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为64开始的32字节的数据L1；
读取单片机的芯片唯一标识号CID，并用数据L1的前4字节进行末位填充算法，
得到数据L2；
用数据L1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文L3；
用密文L3对数据L2进行分组加密算法得到16字节的密文L4；
用密钥Key对密文L4进行分组加密算法得到16字节的密文L5，所述密文L5即
为验证码Cc或验证码Cc’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
优选的，随机数的生成过程如下：
读取芯片唯一标识号；
利用单片机的自带函数选取芯片唯一标识号中的12个字节的数据A1；
利用单片机的自带函数在数据A1中进行6次选取，得到272个字节的数据A2；
截取数据A2前面的256个字节的数据得到随机数。
其中，单片机的自带函数为srand函数或rand函数。单片机的芯片唯一标识号为
96bit的唯一只读序列号。
本发明具有如下有益效果：
1、 App对Bootloader的验证，用于验证bootloader的合法性，验证通过则执
行App，否则自毁App，可以防止非法获取App用于其他非法的试验或生产；
2、 App对单片机的芯片唯一标识号CID的验证，用于绑定App与对应的芯
片，即使非法拷贝芯片内容到另一芯片上，App也无法正常运行；
3、 Bootloader对App的验证，用于验证App的合法性，防止下载和升级非法
App。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的FLASH存储器的逻辑分区示意图；
图2为本发明较佳实施例的流程图；
图3为图2的步骤S1的具体流程图；
图4为图3的步骤S102中随机数生成的具体流程图；
图5为图3的步骤S2的具体流程图；
图6为图5的步骤S203的子流程图；
图7为图5的步骤S209的子流程图；
图8为图5的步骤S212的子流程图；
图9为图3的步骤S3的具体流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
如图1所示，读卡器的FLASH存储器的逻辑分区与现有技术相同，有引导区、系
统参数区和应用程序区。Bootloader存储在引导区，M、随机数、Ca、Cb、Cc存
储在系统参数区，App存储在应用程序区。
为了叙述方面，先对本发明涉及的名词进行解释。
Bootloader：启动引导程序；
App：Application，应用程序；
CID：ChipIndentify，芯片唯一标识号，为96bit的唯一只读序列号；
M：启动代码，为变量，用于标识程序运行模式，有三种运行模式，分别是App
运行模式，升级下载模式和出厂下载模式；
Ca：App验证码，App根据算法生成的特定数据，用于验证App的合法性；
Cb：Bootloader验证码，Bootloader根据算法生成的特定数据，用于验证
Bootloader的合法性；
Cc：CID验证码，根据芯片唯一标识号生成的特定数据，用于验证App与芯片的
唯一性；
随机数，利用单片机的自带函数生成的数据，每次重新生成后，各验证码需同时更
新；
TEA：Tiny Encryption Algorithm，分组加密算法，本发明在使用时，增加了填充算
法和交织算法，加强了算法的安全性；
Key：数据加解密密钥，出厂时固化在FLASH存储器中，任何时候都不可被读出。
单片机的内部FLASH地址分配：
芯片内容FLASH空间共256K，物理地址开始地址为0x08000000；
1） 偏移地址0x00000000-0x00002FFF为引导区，共12K；
2） 偏移地址0x00003000-0x00003FFF为系统参数区，共4K；
3） 偏移地址0x00004000-0x0003FFFF为应用程序区，共240K。
需要说明的是，当内部FLASH存储器应用程序区空间不足时，由外部FLASH存
储器替代。
如图2至图9所示，一种读卡器的应用程序加密保护方法，其包括以下步骤：
步骤S1：初始化读卡器步骤，此步骤在读卡器出厂时，由制造商完成，读卡器初
次上电启动后，根据启动代码M，进入出厂下载模式，其包括以下具体步骤：
步骤S101：上位机向初始化的读卡器的FLASH存储器写入App；
步骤S102：App根据单片机的芯片唯一标识号CID并利用算法生成随机数，App
根据单片机的芯片唯一标识号CID和所述随机数并利用算法生成验证码Cc，并将
验证码Cc和随机数存储于FLASH存储器中；
其中，随机数的生成过程如下：
步骤S1021：读取芯片唯一标识号；
步骤S1022：利用单片机的自带函数选取芯片唯一标识号中的12个字节的数据A1，
单片机的自带函数为srand函数或rand函数；
步骤S1023：利用单片机的自带函数在数据A1中进行6次选取，得到272个字节
的数据A2；
步骤S1024：截取数据A2前面的256个字节的数据得到随机数；
步骤S103：App根据所述随机数并利用算法生成验证码Ca，Bootloader根据所述
随机数并利用算法生成验证码Cb，将验证码Ca和验证码Cb存储于FLASH存储
器中，并将启动代码M设置为App运行模式。
步骤S1完成后，才可以进行步骤S2或步骤S3。
步骤S2：初始化后的读卡器的应用程序验证步骤，App必须通过验证才能运行，
其包括以下具体步骤：
步骤S201：初始化后的读卡器上电启动，根据启动代码M进入App运行模式；
步骤S202：App加载验证码Cc；
步骤S203：App读取FLASH存储器中的随机数和单片机的芯片唯一标识号CID
并利用算法生成验证码Cc’；
其中，验证码Cc’的生成过程如下：
步骤S2031：从随机数中获取偏移地址为64开始的32字节的数据L1；
步骤S2032：读取单片机的芯片唯一标识号CID，并用数据L1的前4字节进行末
位填充算法，得到数据L2；
步骤S2033：用数据L1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的
密文L3；
步骤S2034：用密文L3对数据L2进行分组加密算法得到16字节的密文L4；
步骤S2035：用密钥Key对密文L4进行分组加密算法得到16字节的密文L5，所
述密文L5即为验证码Cc或验证码Cc’；
步骤S204：判断验证码Cc’是否等于验证码Cc，若否，则执行步骤S206，若是，
则执行步骤S208；
步骤S206：擦除App；
步骤S207：重启返回步骤S1；
步骤S208：Bootloader加载验证码Ca；
步骤S209：Bootloader读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码Ca’；
其中，验证码Ca’的生成过程为：
步骤S2091：从随机数中获取偏移地址为0开始的32字节的数据R1；
步骤S2092：用数据R1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的
密文R2；
步骤S2093：用密钥Key对密文R2进行分组加密算法得到16字节的密文R3，所
述密文R3即为:验证码Ca’；
步骤S210：判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤S206，若是，
则执行步骤S211；
步骤S211：App加载验证码Cb；
步骤S212：App读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码Cb’；
其中，验证码Cb’的生成过程为：
步骤S2121：从随机数中获取偏移地址为32开始的32字节的数据K1；
步骤S2122：用数据K1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的
密文K2；
步骤S2123：用密钥Key对密文K2进行分组加密算法得到16字节的密文K3，所
述密文K3即为验证码Cb’；
步骤S213：判断验证码Cb’是否等于验证码Cb，若否，则执行步骤S206，若是，
则执行步骤S214；
步骤S214：App加载验证码Ca；
步骤S215：读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码Ca’，判断验证
码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤S216，若是，则执行步骤S217；
步骤S216：用验证码Ca’替换验证码Ca，然后执行步骤S217；
步骤S217：运行App。
当需要升级App时，则进入步骤S3。
步骤S3：初始化后的读卡器的应用程序升级步骤，其包括以下具体步骤：
步骤S301：初始化后的读卡器接收上位机的升级指令，即上位机与读卡器进行通
信，并将启动代码M设置为升级下载模式；
步骤S302：上位机向初始化后的读卡器发送认证数据，所述认证数据具有标识号，
读卡器对认证数据进行认证，即对标识号进行识别，认证通过后才执行步骤S303，
认证不通过则执行步骤S306；
步骤S303：上位机向初始化后的读卡器的FLASH存储器中的App进行更新；
步骤S304：更新后的应用程序生成新的随机数和验证码Cc，并对FLASH存储器
中的随机数和验证码Cc进行更新；
步骤S305：更新后的应用程序对FLASH存储器中的验证码Ca进行更新，启动引
导程序对FLASH存储器中的验证码Cb进行更新；
步骤S306：升级结束，将启动代码M设置为App运行模式，即返回步骤S2。
需要说明的是，本实施例的验证码Ca的生成过程与验证码Ca’的生成过程一样，
验证码Cb的生成过程与验证码Cb’的生成过程一样，验证码Cc的生成过程与验证
码Cc’的生成过程一样。
由上述流程可知，本发明具有三重认证流程，保证了App的加密性：
1、 App对Bootloader的验证，用于验证bootloader的合法性，验证通过则执
行App，否则自毁App，可以防止非法获取App用于其他非法的试验或生产；
2、 App对单片机的芯片唯一标识号CID的验证，用于绑定App与对应的芯
片，即使非法拷贝芯片内容到另一芯片上，App也无法正常运行；
3、 Bootloader对App的验证，用于验证App的合法性，防止下载和升级非法
App。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种
相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保
护范围之内。
2024年4月27日发(作者：郗迎天)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.6
(22)申请日 2013.06.13
(71)申请人 广东岭南通股份有限公司
地址 510110 广东省广州市越秀区沿江中路298号中区29楼全层
(72)发明人 谢振东 刘强 何建兵 方晓洪
(74)专利代理机构 广州市越秀区哲力专利商标事务所(普通合伙)
代理人 汤喜友
(51)
(10)申请公布号 CN 103366103 A
(43)申请公布日 2013.10.23
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
读卡器的应用程序加密保护方法
(57)摘要
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
初始化读卡器步骤，其包括以下子步骤：
1a、上位机向初始化的读卡器的FLASH存储器写入应用程序；
1b、应用程序根据单片机的芯片唯一标识号并利用算法生成随机数，应用程序根据
单片机的芯片唯一标识号和所述随机数并利用算法生成验证码Cc，并将验证码Cc
和随机数存储于FLASH存储器中；
1c、应用程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Ca，FLASH存储器中的启动
引导程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Cb，，将验证码Ca和验证码Cb
存储于FLASH存储器中；
初始化后的读卡器的应用程序验证步骤，其包括以下子步骤：
2a、初始化后的读卡器上电启动；
2b、应用程序加载验证码Cc，读取FLASH存储器中的随机数和单片机的芯片唯一
标识号并利用算法生成验证码Cc’，判断验证码Cc’是否等于验证码Cc，若否，则
执行步骤2c，若是，则执行步骤2d；
2c、擦除应用程序，并重启返回初始化读卡器步骤；
2d、启动引导程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成
验证码Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤2c，若是，则
执行步骤2e；
2e、应用程序加载验证码Cb，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证
码Cb’，判断验证码Cb’是否等于验证码Cb，若否，则执行步骤2c，若是，则执
行步骤2f；
2f、运行应用程序。
2.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，步骤2e与
步骤2f之间还有如下步骤：
应用程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码
Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则用验证码Ca’替换验证码Ca，
然后才执行步骤2f，若是，则直接执行步骤2f。
3.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，还包括：
初始化后的读卡器的应用程序升级步骤，其包括以下子步骤：
3a、初始化后的读卡器接收上位机的升级指令；
3b、上位机向初始化后的读卡器的FLASH存储器中的应用程序进行更新；
3c、更新后的应用程序生成新的随机数和验证码Cc，并对FLASH存储器中的随机
数和验证码Cc进行更新；
3d、更新后的应用程序对FLASH存储器中的验证码Ca进行更新，启动引导程序
对FLASH存储器中的验证码Cb进行更新。
4.如权利要求3所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，步骤3a与
步骤3b之间还有如下步骤：上位机向初始化后的读卡器发送认证数据，读卡器对
认证数据进行认证，认证通过后才进行步骤3b，认证不通过则退出。
5.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，验证码Ca
和验证码Ca’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为0开始的32字节的数据R1；
用数据R1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文R2；
用密钥Key对密文R2进行分组加密算法得到16字节的密文R3，所述密文R3即
为验证码Ca或验证码Ca’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
6.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，验证码Cb
和验证码Cb’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为32开始的32字节的数据K1；
用数据K1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文K2；
用密钥Key对密文K2进行分组加密算法得到16字节的密文K3，所述密文K3即
为验证码Cb或验证码Cb’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
7.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，验证码Cc
和验证码Cc’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为64开始的32字节的数据L1；
读取单片机的芯片唯一标识号CID，并用数据L1的前4字节进行末位填充算法，
得到数据L2；
用数据L1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文L3；
用密文L3对数据L2进行分组加密算法得到16字节的密文L4；
用密钥Key对密文L4进行分组加密算法得到16字节的密文L5，所述密文L5即
为验证码Cc或验证码Cc’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
8.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，随机数的生
成过程如下：
读取芯片唯一标识号；
利用单片机的自带函数选取芯片唯一标识号中的12个字节的数据A1；
利用单片机的自带函数在数据A1中进行6次选取，得到272个字节的数据A2；
截取数据A2前面的256个字节的数据得到随机数。
9.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，单片机的自
带函数为srand函数或rand函数。
10.如权利要求1所述的读卡器的应用程序加密保护方法，其特征在于，单片机的
芯片唯一标识号为96bit的唯一只读序列号。
说 明 书
技术领域
本发明涉及软件加密及保护技术，具体涉及读卡器的应用程序加密保护方法。
背景技术
随着电子技术的发展，IC卡在公交卡、银行卡、电子标签、工作证等方面得到广
泛应用。
目前的读卡器由单片机、天线、RFID模块、外部FLASH存储器和加密芯片构成，
为了便于说明，将单片机的内部FLASH存储器与外部FLASH存储器统称为
FLASH存储器。读卡器在出厂时，由制造商将应用程序（App，Application）烧录
至FLASH存储器中。
读卡器是用于读取IC卡数据的设备，利用读卡器内置的应用程序可对IC卡内的电
子钱包进行核减或充值，因此，必须对应用程序进行加密，防止不法分子对应用程
序进行非法复制及修改。然而，目前的加密方法是通过设置加密芯片来完成，这样
就增加了设备的成本，而且也不利于嵌入式设备的开发。
发明内容
本发明的目的在于提出一种读卡器的应用程序加密保护方法，其采用软加密的方式，
解决设备成本高的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
读卡器的应用程序加密保护方法，其包括以下步骤：
（1） 初始化读卡器步骤，其包括以下子步骤：
1a、上位机向初始化的读卡器的FLASH存储器写入应用程序；
1b、应用程序根据单片机的芯片唯一标识号并利用算法生成随机数，应用程序根据
单片机的芯片唯一标识号和所述随机数并利用算法生成验证码Cc，并将验证码Cc
和随机数存储于FLASH存储器中；
1c、应用程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Ca，FLASH存储器中的启动
引导程序根据所述随机数并利用算法生成验证码Cb，，将验证码Ca和验证码Cb
存储于FLASH存储器中；
（2） 初始化后的读卡器的应用程序验证步骤，其包括以下子步骤：
2a、初始化后的读卡器上电启动；
2b、应用程序加载验证码Cc，读取FLASH存储器中的随机数和单片机的芯片唯一
标识号并利用算法生成验证码Cc’，判断验证码Cc’是否等于验证码Cc，若否，则
执行步骤2c，若是，则执行步骤2d；
2c、擦除应用程序，并重启返回初始化读卡器步骤；
2d、启动引导程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成
验证码Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤2c，若是，则
执行步骤2e；
2e、应用程序加载验证码Cb，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证
码Cb’，判断验证码Cb’是否等于验证码Cb，若否，则执行步骤2c，若是，则执
行步骤2f；
2f、运行应用程序。
优选的，步骤2e与步骤2f之间还有如下步骤：
应用程序加载验证码Ca，读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码
Ca’，判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则用验证码Ca’替换验证码Ca，
然后才执行步骤2f，若是，则直接执行步骤2f。
优选的，该应用程序加密保护方法还包括：
（3） 初始化后的读卡器的应用程序升级步骤，其包括以下子步骤：
3a、初始化后的读卡器接收上位机的升级指令；
3b、上位机向初始化后的读卡器的FLASH存储器中的应用程序进行更新；
3c、更新后的应用程序生成新的随机数和验证码Cc，并对FLASH存储器中的随机
数和验证码Cc进行更新；
3d、更新后的应用程序对FLASH存储器中的验证码Ca进行更新，启动引导程序
对FLASH存储器中的验证码Cb进行更新。进一步优选的，步骤3a与步骤3b之
间还有如下步骤：上位机向初始化后的读卡器发送认证数据，读卡器对认证数据进
行认证，认证通过后才进行步骤3b，认证不通过则退出。
优选的，验证码Ca和验证码Ca’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为0开始的32字节的数据R1；
用数据R1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文R2；
用密钥Key对密文R2进行分组加密算法得到16字节的密文R3，所述密文R3即
为验证码Ca或验证码Ca’。
优选的，验证码Cb和验证码Cb’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为32开始的32字节的数据K1；
用数据K1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文K2；
用密钥Key对密文K2进行分组加密算法得到16字节的密文K3，所述密文K3即
为验证码Cb或验证码Cb’。
优选的，验证码Cc和验证码Cc’的生成过程如下：
从随机数中获取偏移地址为64开始的32字节的数据L1；
读取单片机的芯片唯一标识号CID，并用数据L1的前4字节进行末位填充算法，
得到数据L2；
用数据L1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的密文L3；
用密文L3对数据L2进行分组加密算法得到16字节的密文L4；
用密钥Key对密文L4进行分组加密算法得到16字节的密文L5，所述密文L5即
为验证码Cc或验证码Cc’；
其中，密钥Key固化于FLASH存储器中。
优选的，随机数的生成过程如下：
读取芯片唯一标识号；
利用单片机的自带函数选取芯片唯一标识号中的12个字节的数据A1；
利用单片机的自带函数在数据A1中进行6次选取，得到272个字节的数据A2；
截取数据A2前面的256个字节的数据得到随机数。
其中，单片机的自带函数为srand函数或rand函数。单片机的芯片唯一标识号为
96bit的唯一只读序列号。
本发明具有如下有益效果：
1、 App对Bootloader的验证，用于验证bootloader的合法性，验证通过则执
行App，否则自毁App，可以防止非法获取App用于其他非法的试验或生产；
2、 App对单片机的芯片唯一标识号CID的验证，用于绑定App与对应的芯
片，即使非法拷贝芯片内容到另一芯片上，App也无法正常运行；
3、 Bootloader对App的验证，用于验证App的合法性，防止下载和升级非法
App。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的FLASH存储器的逻辑分区示意图；
图2为本发明较佳实施例的流程图；
图3为图2的步骤S1的具体流程图；
图4为图3的步骤S102中随机数生成的具体流程图；
图5为图3的步骤S2的具体流程图；
图6为图5的步骤S203的子流程图；
图7为图5的步骤S209的子流程图；
图8为图5的步骤S212的子流程图；
图9为图3的步骤S3的具体流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
如图1所示，读卡器的FLASH存储器的逻辑分区与现有技术相同，有引导区、系
统参数区和应用程序区。Bootloader存储在引导区，M、随机数、Ca、Cb、Cc存
储在系统参数区，App存储在应用程序区。
为了叙述方面，先对本发明涉及的名词进行解释。
Bootloader：启动引导程序；
App：Application，应用程序；
CID：ChipIndentify，芯片唯一标识号，为96bit的唯一只读序列号；
M：启动代码，为变量，用于标识程序运行模式，有三种运行模式，分别是App
运行模式，升级下载模式和出厂下载模式；
Ca：App验证码，App根据算法生成的特定数据，用于验证App的合法性；
Cb：Bootloader验证码，Bootloader根据算法生成的特定数据，用于验证
Bootloader的合法性；
Cc：CID验证码，根据芯片唯一标识号生成的特定数据，用于验证App与芯片的
唯一性；
随机数，利用单片机的自带函数生成的数据，每次重新生成后，各验证码需同时更
新；
TEA：Tiny Encryption Algorithm，分组加密算法，本发明在使用时，增加了填充算
法和交织算法，加强了算法的安全性；
Key：数据加解密密钥，出厂时固化在FLASH存储器中，任何时候都不可被读出。
单片机的内部FLASH地址分配：
芯片内容FLASH空间共256K，物理地址开始地址为0x08000000；
1） 偏移地址0x00000000-0x00002FFF为引导区，共12K；
2） 偏移地址0x00003000-0x00003FFF为系统参数区，共4K；
3） 偏移地址0x00004000-0x0003FFFF为应用程序区，共240K。
需要说明的是，当内部FLASH存储器应用程序区空间不足时，由外部FLASH存
储器替代。
如图2至图9所示，一种读卡器的应用程序加密保护方法，其包括以下步骤：
步骤S1：初始化读卡器步骤，此步骤在读卡器出厂时，由制造商完成，读卡器初
次上电启动后，根据启动代码M，进入出厂下载模式，其包括以下具体步骤：
步骤S101：上位机向初始化的读卡器的FLASH存储器写入App；
步骤S102：App根据单片机的芯片唯一标识号CID并利用算法生成随机数，App
根据单片机的芯片唯一标识号CID和所述随机数并利用算法生成验证码Cc，并将
验证码Cc和随机数存储于FLASH存储器中；
其中，随机数的生成过程如下：
步骤S1021：读取芯片唯一标识号；
步骤S1022：利用单片机的自带函数选取芯片唯一标识号中的12个字节的数据A1，
单片机的自带函数为srand函数或rand函数；
步骤S1023：利用单片机的自带函数在数据A1中进行6次选取，得到272个字节
的数据A2；
步骤S1024：截取数据A2前面的256个字节的数据得到随机数；
步骤S103：App根据所述随机数并利用算法生成验证码Ca，Bootloader根据所述
随机数并利用算法生成验证码Cb，将验证码Ca和验证码Cb存储于FLASH存储
器中，并将启动代码M设置为App运行模式。
步骤S1完成后，才可以进行步骤S2或步骤S3。
步骤S2：初始化后的读卡器的应用程序验证步骤，App必须通过验证才能运行，
其包括以下具体步骤：
步骤S201：初始化后的读卡器上电启动，根据启动代码M进入App运行模式；
步骤S202：App加载验证码Cc；
步骤S203：App读取FLASH存储器中的随机数和单片机的芯片唯一标识号CID
并利用算法生成验证码Cc’；
其中，验证码Cc’的生成过程如下：
步骤S2031：从随机数中获取偏移地址为64开始的32字节的数据L1；
步骤S2032：读取单片机的芯片唯一标识号CID，并用数据L1的前4字节进行末
位填充算法，得到数据L2；
步骤S2033：用数据L1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的
密文L3；
步骤S2034：用密文L3对数据L2进行分组加密算法得到16字节的密文L4；
步骤S2035：用密钥Key对密文L4进行分组加密算法得到16字节的密文L5，所
述密文L5即为验证码Cc或验证码Cc’；
步骤S204：判断验证码Cc’是否等于验证码Cc，若否，则执行步骤S206，若是，
则执行步骤S208；
步骤S206：擦除App；
步骤S207：重启返回步骤S1；
步骤S208：Bootloader加载验证码Ca；
步骤S209：Bootloader读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码Ca’；
其中，验证码Ca’的生成过程为：
步骤S2091：从随机数中获取偏移地址为0开始的32字节的数据R1；
步骤S2092：用数据R1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的
密文R2；
步骤S2093：用密钥Key对密文R2进行分组加密算法得到16字节的密文R3，所
述密文R3即为:验证码Ca’；
步骤S210：判断验证码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤S206，若是，
则执行步骤S211；
步骤S211：App加载验证码Cb；
步骤S212：App读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码Cb’；
其中，验证码Cb’的生成过程为：
步骤S2121：从随机数中获取偏移地址为32开始的32字节的数据K1；
步骤S2122：用数据K1的前16字节和后16字节进行分组加密算法得到16字节的
密文K2；
步骤S2123：用密钥Key对密文K2进行分组加密算法得到16字节的密文K3，所
述密文K3即为验证码Cb’；
步骤S213：判断验证码Cb’是否等于验证码Cb，若否，则执行步骤S206，若是，
则执行步骤S214；
步骤S214：App加载验证码Ca；
步骤S215：读取FLASH存储器中的随机数并利用算法生成验证码Ca’，判断验证
码Ca’是否等于验证码Ca，若否，则执行步骤S216，若是，则执行步骤S217；
步骤S216：用验证码Ca’替换验证码Ca，然后执行步骤S217；
步骤S217：运行App。
当需要升级App时，则进入步骤S3。
步骤S3：初始化后的读卡器的应用程序升级步骤，其包括以下具体步骤：
步骤S301：初始化后的读卡器接收上位机的升级指令，即上位机与读卡器进行通
信，并将启动代码M设置为升级下载模式；
步骤S302：上位机向初始化后的读卡器发送认证数据，所述认证数据具有标识号，
读卡器对认证数据进行认证，即对标识号进行识别，认证通过后才执行步骤S303，
认证不通过则执行步骤S306；
步骤S303：上位机向初始化后的读卡器的FLASH存储器中的App进行更新；
步骤S304：更新后的应用程序生成新的随机数和验证码Cc，并对FLASH存储器
中的随机数和验证码Cc进行更新；
步骤S305：更新后的应用程序对FLASH存储器中的验证码Ca进行更新，启动引
导程序对FLASH存储器中的验证码Cb进行更新；
步骤S306：升级结束，将启动代码M设置为App运行模式，即返回步骤S2。
需要说明的是，本实施例的验证码Ca的生成过程与验证码Ca’的生成过程一样，
验证码Cb的生成过程与验证码Cb’的生成过程一样，验证码Cc的生成过程与验证
码Cc’的生成过程一样。
由上述流程可知，本发明具有三重认证流程，保证了App的加密性：
1、 App对Bootloader的验证，用于验证bootloader的合法性，验证通过则执
行App，否则自毁App，可以防止非法获取App用于其他非法的试验或生产；
2、 App对单片机的芯片唯一标识号CID的验证，用于绑定App与对应的芯
片，即使非法拷贝芯片内容到另一芯片上，App也无法正常运行；
3、 Bootloader对App的验证，用于验证App的合法性，防止下载和升级非法
App。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种
相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保
护范围之内。