ATSHA204A加密芯片是ATMEL公司研發的一款高安全性的，功能豐富的加密IC，使用SHA-256算法進行加密操作，內置16*32字節的slot(EEPROM)可以存儲用戶數據和祕鑰，唯一的9字節序列號用於區分其他芯片，還有512bits的OTP區用於保存一些固定信息。芯片對外有2中通信方式，分別是單bus和i2c方式，本文所演示的全部使用I2C方式，但所有功能使用單bus方式也可以實現。
芯片管腳圖非常簡單，如下
這個是ATSHA204A的SOIC封裝，只需要電源，地，I2C的SCL和SDA這4根線即可，SCL和SDA需要上拉電阻。
首先我先講一下SHA-256到底是個什麼東東。
安全散列算法SHA（Secure Hash Algorithm）是美國國家安全局 （NSA） 設計，美國國家標準與技術研究院（NIST） 發佈的一系列密碼散列函數，包括 SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384 和 SHA-512 等變體。主要適用於數字簽名標準（DigitalSignature Standard DSS）裏面定義的數字簽名算法（Digital Signature Algorithm DSA），
SHA算法最主要的特點就是，任意長度的輸入能生成固定長度的輸出，並且從輸出的結果中不能還原輸入的內容，而且要找到不同兩個輸入導致相同輸出的情況在計算上不能實現。
ATSHA204A使用的SHA256算法，能輸出32字節(256位)的固定長度輸出，基於SHA算法的特性，我們完全可以做到程序啓動的祕鑰驗證，或者服務端和客戶端的祕鑰驗證來保護我們產品。
廢話說了一些，以下看一下如何使用I2C操作這款芯片，本文是假設已經對芯片進行默認配置的情況下來進行操作的，默認配置爲如下，
祕鑰保存在slot0，SlotConfig0.Bit12 = 0(表示在運行DeriveKey Command時，使用目標slot區的祕鑰進行SHA256計算而不是使用指定的parentkey)。然後對芯片的鎖定，鎖定後不能再對配置區進行修改，而數據區可根據配置來使用其他命令更新，詳細請見下篇——配置篇。
對ATSHA204A操作時，首先要對設備進行喚醒操作，喚醒操作如下
SDA線保持低電平60us，芯片退出休眠狀態，然後再等待2.5ms後，才能開始接受命令。
在發送I2C數據的時候，發送完設備地址後，應該發送一個word_address來指示這個包有何用處。如下
在芯片手冊中已經註明了其他命令的作用，對芯片的操作主要使用command，即0x03來操作。
command有很多種，在驗證祕鑰的時候往往需要使用幾種命令。
一般來說，我們用到的有這幾個
DerriveKey：更新一個slot區中的祕鑰命令。
Nonce:使用隨機數來更新TempKey中的值
CheckMAC：驗證一個摘要是否計算正確，返回的是Bool值類型(0是正確,1是錯誤)
MAC：使用SHA-256計算並返回一個摘要。
Read:讀取芯片區域中的數據。
Write:寫入芯片區域中的數據。(這個命令一般用在配置時)
其他命令相對來說使用比較少，而且其他有些命令也相對簡單好理解，但並不意味它們是沒有作用的，因篇幅問題，本文介紹幾個命令。
Nonce命令：
從字面命令上來理解，這裏是隨機命令的意思，的確如此。這個命令目的在於更新芯片中的TempKey值，什麼是TempKey，可以這樣理解，TempKey就類似於我們程序中的臨時變量，來保存一些中間結果用的，但這個TempKey值不能被訪問，只能芯片內部自己使用。
首先介紹Nonce命令也因爲它是其他多數命令執行前都要執行的一個命令。
Nonce命令如上
比較關注於Param1 mode，其他都是固定的值
mode介紹如下
好理解，0或者1的時候，需要我們輸入一個20字節的隨機數，然後更新芯片內的seed，更新seed能使內部產生的隨機數質量更高。2值不被允許，3的話就要求輸入32字節的隨機數，直接寫在TempKey中。
我們配置如下
opcode = 0x16,
mode = 0x01,
zero = 0x0000,
numin = 20字節隨機數
當命令正確執行的時候
將返回32字節的由芯片產生的randout隨機數，如果mode = 0x03，只返回Bool值。
MAC命令
使用MAC命令可以讓ATSHA204生成一個摘要。
如圖
比較關注的是Param1 mode
好像很複雜，不用擔心，複雜的問題我們把他簡化就好了。
mode.bit0控制的是使用Tempkey計算還是直接使用Data中的Challenge來計算返回的digest。
mode.bit1控制的是使用slot區中的值計算還是Tempkey中的值來計算返回的digest。
mode.bit2如果bit0或bit2設置了，那麼此位要匹配Tempkey.sourceflag位匹配。也就是說，使用了nonce命令的話，如果nonce命令中的nonce.mode == 0x00 或者0x01，這裏就等於0, 如果nonce.mode == 0x03，這裏就等於1。
mode.bit3 = 0
mode.bit4和mode.bit5 是選擇是否使用OTP中的的值來參與計算，個人覺得意義不大而且增加了配置時的複雜程度。設置爲0就好了。
mode.bit6是使用序列號來參與計算，可以設置。
mode.bit7 = 0
本人設置如下
opcode = 0x08
mode = 0x01|0x06
slotid = 0
challenge = 0
發送過去後，如果執行正常，會返回一個32字節的digest結果，這個結果的計算如下
芯片內部會根據一系列的值去計算這個32字節的digest。
有什麼用？
看到這裏大家可能有這個疑問，返回這個值有什麼用？我要拿來做什麼？
別急，我爲大家講一個防程序拷貝的流程措施。
假設我們很辛苦的開發了程序，但是又不想被別人盜用勞動成果（執行文件被拷出來，抄個板繼續使用）。我們就要在啓動的時候驗證一下是否通關，不通關就不往下走。流程如下：
首先我們ATSHA204A芯片的slot0中寫入一個32字節的祕鑰，設置爲不可讀。這個祕鑰只有幾個人知道，並且不外泄，主控MCU與芯片相連，在啓動時候，首先我們要獲取芯片序列號，爲後面計算MAC。然後我們發送一個nonce命令給ATSHA204A，讓其更新內部的TempKey中的值，MCU內部也根據nonce的模式計算一下Tempkey的值，我們稱之爲host_tempkey，如果一切正常，那麼Tempkey和host_tempkey中的值是一致的，接下來MCU自己就可以根據host_tempkey、序列號、以及祕鑰計算，出一個摘要digest，我們稱之爲digest1，接下來給ATSHA204A發送MAC命令，ATSHA204A根據存儲在slot區域中的祕鑰來計算digest2並返回給MCU，MCU判斷digest1和digest2是否匹配，不匹配將程序掛起即可。
有幾個關鍵點要注意一下：
1、在I2C總線上並沒有傳送祕鑰，而是傳送根據祕鑰和一些列的值計算出來的digest，因此在總線上截獲祕鑰不可實現。
2、在自己的MCU上也存了祕鑰，別人獲取了16進制文件後是否有可能得到祕鑰，我只能說，的確存了，但是對於一個龐大的程序hex文件中尋找一個32字節的祕鑰，豈不是大海撈針？
3、在MCU上自己也要使用SHA-256算法計算摘要，怎麼實現，這個問題放心，在ATMEL官網上有已經實現好的庫，可以直接使用，但是這個庫在移植上有些問題需要改一下，本人已經移植好了基於stm32f103的版本，完全正常使用，並且帶有中文註釋，移植只需要修改幾個接口即可，有想業務合作的可以私信。
4、在使用nonce時，要發送一個隨機數給ATSHA204A，如果擔心隨機數質量不好，可以使用ATSHA204A的Random命令，就可以返回一個32字節的高質量的隨機數來使用，也可以用作其他用途。
5、是否有破解的可能？對於一些小單片機（51之類的），的確好破，反彙編後，跳過驗證步驟即可，但是stm32之類的強大功能單片機就不是那麼回事，首先如果你能反彙編，也得找出驗證步驟在哪裏，其次，我也不知道stm32有沒人做過反彙編，因此，只要祕鑰不泄露，要破解起來個人覺得也很難。畢竟這個可是軍方用過的東西。
HMAC命令
這個命令與MAC命令幾乎一樣。只不過使用的算法不一致，而且根據芯片手冊上介紹，效率也低。因此這裏不在論述。
CheckMAC命令
這個命令也是帶有驗證功能的，簡單來講，就是讓你計算好digest，發給ATSHA204A，然後ATSHA204A告訴你這個digest算的對不對，返回bool值
如下
看了之前命令介紹，這裏大家都應該很明白了，
爲了方便起見，例子如下
mode = 0
SlotID = 0
ClientChal = 32字節，這裏MCU可以發送一個32字節的隨機數
ClientResp = 32字節，這裏就是MCU自己計算好的digest，發給ATSHA204
OtherData = 13字節如下
不使用OTP，有關OTP的參數全部給0就好了
ClientResp 的計算要依據下面
在官方庫裏面也封裝好了相關操作，直接拿來用即可。
如果一切正常，ATSHA204A返回的0，計算digest不對就返回1。
這個CheckMAC命令的作用，我個人覺得其中一個作業就是是去驗證密碼。比如有一個主設備，它把祕鑰存在slot0裏面，有一些從設備，要輸入正確的密碼才能使用主設備提供的服務，就可以用這種方式，這種方式在總線上也不會傳輸密碼，而且把密碼存在ATSHA204A裏面更安全（其他諸如flash,eeprom容易被盜取）。
DeriveKey命令
這個命令從字面上理解，就是變化Key的命令意思，的確，可以通過這個命令去更新slotid中的key。
這個命令內容簡單，但是理解起來比較費勁，根據手冊，介紹如下
簡單講，就是slot.slotconfig[TargetKey].bit13要設置成1，否則DeriveKey將返回錯誤，然後如果slot.slotconfig[TargetKey].bit12爲0
要更新的祕鑰值將是TempKey和原先的祕鑰值計算出來的，slot.slotconfig[TargetKey].bit12爲1，則是TempKey和slot.slotconfig[TargetKey].WriteKey中指定的SlotID的值計算出來的。
另外，如果SlotConfig[TargetKey].bit15設置了的話，還需要輸入
一個MAC摘要，即如下
以上都是配置階段配置好的，不能修改，而發送這個命令時帶如下參數即可，
因爲要用到TempKey，所以Nonce在DeriveKey命令執行前，需要被正確的執行，才能更新到TempKey中的值。
新的祕鑰由以下計算出來。
而MCU自己也可以計算出這個新的祕鑰作爲使用。
當我們原有的祕鑰泄露的時候，可以使用這個命令來產生新的祕鑰繼續使用。
另外如果slot.slotconfig[TargetKey].bit12爲1和SlotConfig[TargetKey].Bit15爲1還有SlotConfig[ParentKey].SingleUse爲1的時候(ParentKey爲slot.slotconfig[TargetKey].WriteKey)，則UseFlag[ParentKey]爲0的時候，DeriveKey將返回失敗，也就是說，我個人理解UseFlag[ParentKey]就是指示剩餘使用的次數，一旦這個次數爲0，那麼將不能使用這個ParentKey去生成其他TargetKey。
Read和Write命令
這兩個命令在配置階段用的較多，這兩個命令在我的下一篇，配置篇將會講到。
配置篇地址爲：http://blog.csdn.net/a5882230/article/details/52214845
至此，ATSHA204A芯片的基本使用也介紹完畢，基於這麼多種命令，我們可以把這個芯片用在很多地方，如防抄板，密碼驗證，消耗產品的匹對等等，當然還有其他一些功能這篇文章沒有介紹到，感興趣的朋友可以去完整的讀一遍datesheet，不過現在只有英文版的。
增加的接口
測試樣例
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