RSA + 机器码:自研视觉软件怎么做到＂数学上不可伪造＂?

一、场景：交付现场的第一道坎

视觉项目做到第二版，甲方设备科把东西拷走之前问了一句：

"软件我拷一份，装我自己电脑上能用吗？"

这个问题躲不开。自研工业软件的商业模式就建立在一个朴素的事实上：你卖的是"这台机器上的这个能力"，不是一份文件。文件一旦能被无限复制，后面所有的交付、维护、升级都失去了载体。

所以要做授权。但"授权"这两个字，在工控场景里有个特殊要求：它不能成为产线上的新故障点。产线一天跑一万件，授权校验哪怕抖一下，后果都是整批产品被判 NG。

这两句话放在一起，就是这套授权体系的全部设计约束：

- 对破解者，要"数学上不可伪造"；

- 对现场，要"失效时安全、恢复时无感"。

下面按顺序说：签什么、绑什么、怎么防绕过、现场实测、以及一个我们踩过的坑。

二、签名什么？——一个字符串，两行校验

授权文件长这样，`license.xml`，和 exe 放同一个目录：

```xml

<License>

<MachineCode>047C-D353-33EC-79E1</MachineCode>

<Expiry>2099-12-31</Expiry>

<Signature>PZyjEpyLh/LEM9pvRNUsCagIYzN7...</Signature>

</License>

```

三个字段，干的活很直接。软件拿到文件后做三件事：

1. **验签**：把 `MachineCode + "|" + Expiry` 这串文本用 RSA 公钥验 `Signature`；

2. **对机器**：`MachineCode` 必须等于本机算出来的机器码；

3. **看日期**：`Expiry` 必须晚于当前时间。

顺序不能颠倒。先验签，是因为"改日期"这种最朴素的手法，在验签面前直接失效——签名的内容包含了有效期本身，你把 2026 改成 2099，签名立刻对不上。

// 1. RSA 签名校验（私钥签发，公钥验证，无法伪造）

byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes(code + "|" + expiry);

using var rsa = RSA.Create();

rsa.FromXmlString(PublicKeyXml);

bool sigOk = rsa.VerifyData(data, Convert.FromBase64String(signature),

HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);

```

参数是 RSA2048 + SHA256 + PKCS1 填充，.NET 原生支持，没有引入任何第三方库。

（覆盖 MachineCode+Expiry 两个字段）→ 机器码匹配 → 有效期；红色叉标注"只改日期"会被验签拦下】

三、为什么"不可伪造"是数学结论，不是工程结论

值得单独说一句，因为这是整套体系的地基。

私钥在签发方手里，公钥嵌在软件里。*软件只有验证能力，没有签发能力。破解者拿到软件，能拿到公钥，能读到全部校验代码，能改任何一行——但他造不出一份能过验签的 license.xml，因为那需要私钥签名。

这不是"我们代码写得巧"，这是 RSA 的数学性质：知道公钥和全部密文，推不出私钥。

所以"破解授权"这件事，在密码学意义上是不成立的。真正要防的是另一件事——绕过校验。这也是下一节的重点。

四、机器码怎么算：为什么不用 MAC 地址

机器码要满足三个条件：换机器就变、同机器稳定、不能被用户轻易伪装。

最初的想法肯定是 MAC 地址，但它有三个坑：

- 虚拟网卡、VPN、USB 网卡一多，一台机器能报出五六个 MAC，取哪个？

- 工厂批量部署用镜像克隆，网卡 MAC 会被写死成同一个，一批机器共用一个机器码；

- 用户自己就能改。

我们最后用的是两个系统级、用户级不可见、重装系统也不变的标识：

```csharp

// 1. Windows 安装唯一标识（注册表）

string guid = Registry.GetValue(

@"HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Cryptography",

"MachineGuid", "") as string ?? "";

// 2. C 盘卷序列号

uint serial = GetVolumeSerial(@"C:\");

// 3. SHA256 前 8 字节 → 16 个十六进制字符

string raw = guid + "|" + serial;

byte[] hash = SHA256.HashData(Encoding.UTF8.GetBytes(raw));

```

拼起来过一次 SHA256，取前 8 字节转 16 个十六进制字符，每 4 位加一个短横，就是现场看到的 `047C-D353-33EC-79E1`。

两个细节值得说：

- 取哈希前 8 字节而不是全文。机器码是要人在电话里、微信里念来念去的，16 位刚刚好。安全性一点没降——它本来就要跟 RSA 签名绑定使用，不是拿它当密钥。

- 故意不碰 CPU 序列号、主板序列号。那些要调 WMI，工控机上 WMI 服务经常被安全策略关着，为了一个机器码引入新故障点不值得。

换硬盘、加内存、换网卡都不影响机器码；重装 Windows 会变（MachineGuid 重建），现场重装后重新签发一份就行。

五、签发流程：一分钟的事，做成一个工具

现场拿机器码换授权，这个动作一天可能发生几十次，必须快到不用思考。

流程是这样：客户在软件启动失败的提示框里看到本机机器码 → 复制发过来 → 我们打开签发工具 → 粘机器码、选有效期（1 年 / 3 年 / 永久）→ 点签发 → 得到 `license.xml` 发回去 → 客户放到 exe 同目录 → 重启。

签发工具做成了图形版（LicenseIssuer），私钥放签发工具自己的目录里，不随软件发布：

// LicenseIssuer —— 授权签发工具（图形版）

// 输入客户机器码 → 选有效期 → 一键生成 license.xml

// 私钥放本 exe 同目录（私钥-妥善保管.xml），不随软件发布

// 签名格式与 LicenseGen sign 命令行完全一致（RSA2048 SHA256 PKCS1, code+"|"+expiry）

```

顺手加了个小兼容：现场经常忘改文件名，直接发 `license-047C-D353-33EC-79E1.xml` 过来，软件会主动去匹配 `license-*.xml`，认得出。这种"现场一定会忘"的事，靠制度不如靠代码兜。

六、最关键的一节：只在启动时校验，等于没校验

前面所有设计，都有一个隐含假设：校验代码会被执行。

这个假设一碰反编译就碎。把程序丢到反编译器里，找到启动时那个 `if (!License.Validate()) return;`，改成 `if (false)`，编译回去——破解版诞生，全程不需要伪造任何签名。

这是自研软件授权最容易踩的坑：把全部安全押在一个 if 上。

我们的解法是把授权从"启动时判断一次"改成"运行期持续约束"，在四个互相独立的位置都要过：

// 运行期守卫，四个位置：

// ① Program.Main 启动硬闸

// ② 开 TCP 触发服务前（两个入口：自动启动 / 手动启动）

// ③ 每帧判定入口（RunProcess）

// ④ 30 秒周期巡检

//

// 关键安全属性：失败方向永远是"判 NG"，

// 也就是说破解者即便绕过启动闸，拿到的也是一个全判 NG 的空壳。

```

拆开看每一层防的是什么：

**① 启动硬闸**：防"没授权就能用"。无授权文件、签名无效，直接不启动，TCP 端口都不开、日志都不建。

**② 开服务前**：防"绕过启动闸之后开始生产"。授权不过就不开触发服务——PLC 连不上视觉，破解版根本没法投产。这里做了 `Guard(true)`，忽略缓存做深校验。

**③ 每帧判定入口**：这是兜底层，也是整套设计的心跳。授权失效的这一刻，本帧不检测，直接按兜底策略回 NG：

```csharp

if (!License.Guard())

{

_licenseDenied++;

Log.Warn($"授权校验未通过，第 {_licenseDenied} 帧按 NG 回复 PLC（{sn}）");

ReplyLicenseNg(sn); // 无条件回 NG，不依赖任何配方开关

**④ 30 秒巡检**：把"授权刚刚失效"尽早暴露出来。注意这里故意不主动停机——现场不能因为授权抖动把产线卡死。巡检只告警，判定的安全性由 ③ 保证。

四点守卫——启动闸 / 开服务前 / 每帧入口 / 30 秒巡检，四个独立关卡；标注③为兜底层，失败方向恒为 NG】有个工程细节：守卫加了 2 秒缓存。

private const int CacheMs = 2000; // 2 秒内复用上次结论，避免每帧读文件 + RSA

产线节拍 133ms 一拍，如果每帧都读文件 + 做一次 RSA 验签，等于给每件产品白加几毫秒。2 秒缓存让正常帧只付一次 `Interlocked` 读的代价，授权状态变化最多延迟 2 秒——对"失效"这个事件来说完全可接受。

七、实测：三种情况，三种结果

这套东西不上手打几枪是不知道好不好用的。实测三种场景：

撤掉授权文件*→ 不停机、不弹窗、不报错，从下一帧开始逐帧判 NG，日志里逐条写明"授权校验未通过，第 N 帧按 NG 回复 PLC"。

放回授权文件 → 下一帧自动恢复，不用重启、不用重新连接相机。巡检那一层会打一条"授权守卫通过：授权有效，有效期至 2099-12-31"。

删文件 + 篡改签名*→ 停在启动闸，端口不开、日志不建，提示框里带着本机机器码。

第一种行为值得特别说明：授权失效时，程序看起来像"视觉坏了"——不报错、不弹窗，就是每件都判 NG、剔除器全开。这是刻意选择的方向：宁可全剔光，不放行未检测品。但它确实是个现场排障陷阱，所以第八节专门讲。

八、加固：混淆只能开一档，多了会崩

授权校验代码本身是可反编译的，所以发布包还做了混淆加固（ConfuserEx）。这里踩过一个很硬的坑，值得单独记：

`ref proxy`（引用代理）不能开。*这档保护会把方法调用改写为代理跳转，对纯托管代码没事，但我们是重度原生互操作——OpenCvSharp 的 P/Invoke、ONNX Runtime 的导出函数封送全被它破坏。实测完整版、去 anti-tamper、轻量三组配置，全部在跑到第 27~28 帧时抛 `AccessViolationException` 直接崩。只有关掉它才跑得满全程。

最后落地的档位是只开 `constants`（字符串常量加密）：

- CT 代价 +2~3ms（44→47ms），判定逐帧零翻转；

- 混淆后中文串静态扫不到（"最低置信度""模拟相机启动"这些全都进了加密段）；

- DLL 399KB → 418KB。

另外两条铁律：

- `rename`（重命名）永久禁用。它会把 JSON 配置里的键名也改成不可见字符——配方文件直接不可读，现场等于全部配方报废。

- self-contained 包里不要补共享框架。net6 产物补了 8.0 的 `System.*.dll`，ConfuserEx 解析依赖会拿错版本。

这三条都不是"配错了"，是重度原生互操作代码的必然结果。

九、现场唯一的风险：失效长得像故障

整套体系在技术上没什么可挑剔的，但它有一个产品层面的副作用，必须讲清楚：

授权失效时，程序不报错、不弹窗，而是每件产品判 NG。

现场操作员看到的现象是：剔除器狂喷、NG 计数暴涨、视觉"好像坏了"。他会去查相机、查光源、查 PLC，很难第一时间想到授权——因为屏幕上没有任何异常提示。

所以上机第一件事是确认日志里有这一行：

授权守卫通过：授权有效，有效期至 2099-12-31

有这行，说明授权链路是通的；没有这行，或者看到"授权巡检未通过"，就直接找软件方重新签发，别再折腾硬件了。这条已经写进交付说明的第一页。

十、效果

最终形态：

- 防拷贝：RSA2048 签名绑定机器码，换机器即失效，改内容签名即失效；

- 防绕过：四点运行期约束，且失败方向恒为 NG——绕过启动闸拿到的是"全判 NG 的空壳"，投产无意义；

- 防崩溃：授权失效不停机、不卡产线，放回后下一帧自动恢复；

- 防误判：2 秒缓存让每帧守卫只付一次原子读的代价，CT 代价实测 +2~3ms；

- 签发快：机器码粘进去、选有效期、点一下，一分钟内出文件。

写在最后

授权体系的设计可以浓缩成两句话：

第一句是密码学的——把"信任"放在只有你有的私钥里，软件只保留验证能力，伪造在数学上就不成立。

第二句是工程的——不要相信校验代码会被执行。把它从"启动时的一个 if"展开成"贯穿运行期的四道约束"，并且永远让失败方向指向安全侧。

这两句话换到任何自研工业软件上都成立。授权做得好的标准，不是"没人破解过"，而是破解者拿到东西也造不出价值。

下一篇回到性能主线：视觉节拍是怎么从 113ms 往下抠的——我们最近实测发现，慢的根本不是模型推理（纯推理只要 15ms），而是"低置信度 → 反复复核"这条链路，以及现场 80ms 硬指标下该怎么取舍。

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