Falošné čipy

Falošné čipy sú celkom často diskutovanou témou a tak som sa k nej dostal napokon aj ja. Začalo to celkom nevinne, nedokázal som totiž na jednej doštičke s klonom Arduino Nano rozchodiť časovač T2. A ani na druhej, ale na Arduino UNO mi to išlo. To už som začal hľadať chybu všade inde len nie u seba a napokon som narazil na stránku, kde bola opísaná jedna z možností, ako detekovať pravé Atmel (resp. Microchip) čipy a ako odhaliť tie nepravé. Je to celkom zaujímavé a dostaneme sa tak až celkom na úroveň výroby jednotlivých čipov. Každý mikroprocesor ATmega328P je spočiatku len jedna časť kremíkovej platne z priemerom 8 palcov, na ktorej sa postupne vrstva po vrstve vyrába celá štruktúra procesora. Ako takáto platňa (wafer) vyzerá?

Kremíková platňa (wafer) s priemerom 8 palcov, ktorú drží v ruke Eric Weddington (Atmel)
v roku 2013 na Maker Faire New York. Jedna takáto platňa obsahuje približne 1500 mikroprocesorov ATmega328.
(Foto/Source: Lenore Edman, Evil Mad Scientist

Obvykle sa procesory (a iné obvody) nevyrábajú po jednom, ale v tzv. dávkach (batch, LOT) obsahujúcch niekoľko takýchto platní - od jednotiek až po niekoľko desiatok. No a firma Atmel po výrobe procesorov každý kus na platni otestuje a zapíše do pamäte jeho polohu a číslo platne, takže aj spätne sa dá zistiť, kedy, kde a ako procesor vyrobili. Každý procesor tak získa unikátne výrobné číslo (signature). Fejkové čipy takúto informáciu nemajú. Buď je to preto, lebo neprešli testom, alebo sa výroba ani neunúva takúto informáciu vôbec zapisovať. Podrobnosti o tomto kóde sú zverejnené a tak nie je ťažko spraviť si jednoduchý program, ktorý tento kód dokáže prečítať.

Lokalizácia konkrétneho čipu na kremíkovej platni
Zdroj: https://www.artwork.com/package/wmapconvert/manual_v2/glossary_of_terms.html

Tak sme sa teda pozreli na šesť rozličných dosiek, ktoré sa nám postupne nazhromaždili. Takmer všetky sú nejaké neznačkové čínske klony a porovnali sme ich aj s originálnym Arduino Nano od talianskeho výrobcu. No a aké sú výsledky?

Toto všetko ideme testovať.

	1	2	3	4	5	6
Foto
Výrobca	Arduino LLC	noname	USA? / noname	noname	Itead Studio	China / noname
USB konektor	mini	mini	mini	mini	micro	micro
USB cip	FTDI FT232RL	CH340C	FTDI FT232RL	CH340C	Silabs CP2102	CH340C
ATmega328P
Signature	1E 95 0F	1E 95 0F	1E 95 0F	1E 95 0F	1E 95 0F	1E 95 0F
Lot Wafer / X,Y	0W0160 12 / 39,25	9U8013 24 / 26,34	8Y1844 22 / 7,19	⸮X⸮⸮⸮⸮⸮ 255 / 255,255	6Y3010 2 / 36,31	⸮X⸮⸮⸮⸮⸮ 255 / 255,255
Výsledok

Svoj vlastný procesor si môžete skontrolovať programom nižšie.

Arduino

// Source code based on the https://gist.github.com/speters/f889faec42b510052a6ab4be437d38ca

// Purpose is to simply run a memory check on ATMEGA238P to test for counterfeit parts
// Usually fake chip has only FF on the last line 

#include <avr/boot.h>
#define SIGRD 5

void setup() 
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("");
  Serial.println("boot sig dump");
  int newLineIndex = 0;
  char buffer[40];
  
  Serial.println("\n    00  01  02  03  04  05  06  07  08  09  0A  0B  0C  0D  0E  0F");
  

  sprintf(buffer, "00: ");
  Serial.print(buffer);
  for (uint8_t i = 0x00; i <= 0x0F; i += 1) 
  {
   sprintf(buffer, "%02X  ",boot_signature_byte_get(i));
   Serial.print(buffer);
  }
   Serial.println();
   
  sprintf(buffer, "10: ");
  Serial.print(buffer);
  for (uint8_t i = 0x10; i <= 0x1F; i += 1) 
  {
   sprintf(buffer, "%02X  ",boot_signature_byte_get(i));
   Serial.print(buffer);
  }
   Serial.println();
   Serial.println();


   sprintf(buffer, "Signature: %02X %02X %02X ",boot_signature_byte_get(0x00),boot_signature_byte_get(0x02),boot_signature_byte_get(0x04));
   Serial.print(buffer);

   if (boot_signature_byte_get(0x00) == 0x1E) 
     if (boot_signature_byte_get(0x02) == 0x95) 
        if (boot_signature_byte_get(0x04) == 0x0F)
          Serial.println(" (ATmega328P)");      
        else if (boot_signature_byte_get(0x04) == 0x16)
          Serial.println(" (ATmega328PB)");      
        else
          Serial.println(" (---)");
      else
          Serial.println(" (---)");
    else
          Serial.println(" (---)");


  Serial.print("           Lot: ");
  Serial.write(boot_signature_byte_get(0x0F));
  Serial.write(boot_signature_byte_get(0x0E));
  Serial.write(boot_signature_byte_get(0x11));
  Serial.write(boot_signature_byte_get(0x10));
  Serial.write(boot_signature_byte_get(0x13));
  Serial.write(boot_signature_byte_get(0x12));
  Serial.print("  Wafer: ");
  Serial.print(boot_signature_byte_get(0x15),DEC);
  Serial.print("  X: ");
  Serial.print(boot_signature_byte_get(0x17),DEC);
  Serial.print("  Y: ");  
  Serial.print(boot_signature_byte_get(0x16),DEC);
  Serial.println(" (Decimal)");
  //Serial.println();

  cli();
    uint8_t lowBits      = boot_lock_fuse_bits_get(GET_LOW_FUSE_BITS);
    uint8_t highBits     = boot_lock_fuse_bits_get(GET_HIGH_FUSE_BITS);
    uint8_t extendedBits = boot_lock_fuse_bits_get(GET_EXTENDED_FUSE_BITS);
    uint8_t lockBits     = boot_lock_fuse_bits_get(GET_LOCK_BITS);
  sei();

    Serial.print("    Fuses: Low: 0x");
    Serial.print(lowBits, HEX);
    Serial.print("  High: 0x");
    Serial.print(highBits, HEX);
    Serial.print("  Ext: 0x");
    Serial.print(extendedBits, HEX);
    Serial.print("  Lock: 0x");
    Serial.println(lockBits, HEX);

}

void loop() 
{ /* do nothing here */  }

Výsledok by mal vyzerať nejako takto pre originálne Arduino Nano od výrobcu Arduino S.r.l. (Taliansko)

         00  01  02  03  04  05  06  07  08  09  0A  0B  0C  0D  0E  0F
 0x0000: 1E  A9  95  FF  0F  BA  00  26  FF  06  FF  17  FF  FF  57  30  
 0x0010: 31  30  30  36  FF  0C  19  27  17  05  12  09  13  09  FF  FF  
 
 Signature: 1E 95 0F  (ATmega328P)
            Lot: 0W0160  Wafer: 12  X: 39  Y: 25 (Decimal)
     Fuses: Low: 0xFF  High: 0xDA  Ext: 0xFD  Lock: 0xCF
 

No a takto by ste to radšej nechceli (čínsky fejkový klon):

         00  01  02  03  04  05  06  07  08  09  0A  0B  0C  0D  0E  0F
 0x0000: 1E  AD  95  FF  0F  FF  FF  26  FF  FF  FF  FF  FF  FF  58  FF  
 0x0010: EF  FF  EF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  FF  
 
 Signature: 1E 95 0F  (ATmega328P)
            Lot: ⸮X⸮⸮⸮⸮  Wafer: 255  X: 255  Y: 255 (Decimal)
     Fuses: Low: 0xFF  High: 0xDA  Ext: 0xFD  Lock: 0xCF

Nasleduje popis kde sa ktorá informácia nachádza

Device Signature Byte 1        [0x0000]     - tu je kod vyrobcu
      
                                              0x1E      Microchip (Atmel)
 
Device Signature Byte 2        [0x0002]     - tu by mala byt velkost Flash pamate:
  
                                              0x8F                 512
                                              0x90                1024
                                              0x91                2048
                                              0x92                4096 
                                              0x93                8192
                                              0x94               16384 
                                              0x95               32768
                                              0x96               65536 
                                              0x97              131072
 
Device Signature Byte 3        [0x0004]     - toto je unikatne ID pre konkretny device 
 
                      		               Signature Bytes     Device
 
                                              0x1E  0x92  0x05    ATmega48
                                                1E    92    07    ATtiny44
                                                1E    93    05    ATmega8
                                                1E    93    0A    ATmega88
                                                1E    93    0B    ATtiny85
                                                1E    94    03    ATmega16
                                                1E    94    06    ATmega168	  
                                                1E    95    02    ATmega32
                                                1E    95    14    ATmega328
                                                1E    95    0F    ATmega328P
                                                1E    95    16    ATmega328PB (!)
                               
RC Oscillator Calibration Byte [0x0001]   - kalibračný bajt pre RC oscilátor
 
Lot Number 1st Char            [0x000F]   - označenie výrobnej série (batch, lot)
Lot Number 2nd Char            [0x000E]
Lot Number 3rd Char            [0x0011]
Lot Number 4th Char            [0x0010]
Lot Number 5th Char            [0x0013]
Lot Number 6th Char            [0x0012]
Reserved                       [0x0014]
Wafer Number                   [0x0015]   - číslo waferu v rámci série
X-coordinate                   [0x0017]   - poloha čipu na waferi X a Y
Y-coordinate                   [0x0016]

Zdroje

• Serial number in AVR Mega devices (microchip.com)
• Chip signature ID (podľa toho sa napríklad avrdude rozhodne, či vám čip naprogramuje, alebo nie
  • Signature pre ATmega328x (microchip.com)
• Na doplnenie aj informácia o tzv. fuse bitoch
  • https://arduino.stackexchange.com/questions/24859/how-do-i-read-the-fuse-bits-from-within-my-sketch
  • https://www.engbedded.com/fusecalc/

Chcem vedieť viac...

• Microchip o oznacovani svojich cipov https://www.microchip.com/product-change-notifications/#/9176/RMES-10NGWL694 ale aj https://www.microchip.com/mymicrochip/Data/GBNG-15KQFZ896/pcn_gbng-15kqfz896_part%20marking%20guideline_part1.pdf

• Video ako odhalili falošného výrobcu Aries
• Ako sa prejavujú falošné čipy - nefunkčný powerdown režim a takto to potom vlastne cele vzniklo
• Tom Nardi: A GUIDEBOOK TO THE WORLD OF COUNTERFEIT PARTS. Hackaday, December 27, 2017.
• Yahya Tawil: An Introduction to Counterfeit ICs: Counterfeiting, Detection and Avoidance Methods. 23rd December 2017
• Sparkfun: ATmega Slugs alebo aj Revisiting the Counterfeit ATMega328s