本應(yīng)用說明重點(diǎn)介紹現(xiàn)代3D打印，也稱為增材制造，即從3D模型或其他電子數(shù)據(jù)源制作幾乎任何形狀的三維實(shí)體物體。它討論了Razor-Razorblade商業(yè)模式，該模式涉及以折扣價(jià)出售主要商品，以便補(bǔ)充（通常是一次性的）次要商品可以以相當(dāng)高的價(jià)格出售。同樣的商業(yè)模式已經(jīng)成功地用于傳統(tǒng)的打印機(jī)市場(chǎng)，但只有當(dāng)實(shí)施強(qiáng)大的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方案以防止克隆、偽造、復(fù)制和模仿一次性用品時(shí)，該模式才有效。DS28E15 DeepCover安全認(rèn)證器IC是銷售更多3D打印機(jī)的正確途徑。現(xiàn)在，這是我們?cè)诿總€(gè)家庭中獲得3D打印機(jī)的方法！

可以說，3D打印正在徹底改變制造業(yè)格局。你能想象發(fā)送你的腳的3D打印來為你定制一雙鞋嗎？這其實(shí)并不是那么牽強(qiáng)。

現(xiàn)代3D打印，也稱為增材制造，是從3D模型或其他電子數(shù)據(jù)源制作幾乎任何形狀的三維固體物體的過程。作為一種增材制造方法，制造商將材料逐層“添加”到物體上，以創(chuàng)建最終產(chǎn)品。鑒于3D打印的驚人突然增長(zhǎng)和幾種不同的3D打印方法，所有跡象都表明3D打印被認(rèn)為是或應(yīng)該被認(rèn)為是一種顛覆性技術(shù)。

3D 打印技術(shù)一直在不斷發(fā)展，以在汽車、航空航天、醫(yī)療保健和消費(fèi)行業(yè)創(chuàng)建 3D 模型和原型。愛好者認(rèn)為，這些3D模型可以幫助公司在更短的時(shí)間內(nèi)和/或用更少的資源完成一個(gè)項(xiàng)目。因此，3D打印正在迅速興起，2推動(dòng)從快速原型制作到快速制造的根本轉(zhuǎn)變。這確實(shí)是一項(xiàng)顛覆性技術(shù)。

對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域的供應(yīng)商來說，夢(mèng)想是在每個(gè)房子里放一臺(tái)3D打印機(jī)。一些3D打印機(jī)的價(jià)格通常從2，000美元（美國(guó)）起，現(xiàn)在的價(jià)格略低于1，000美元（美國(guó)）。3許多人認(rèn)為這是一個(gè)快速發(fā)展的市場(chǎng)，仍處于起步階段。獨(dú)立市場(chǎng)研究公司Canalys預(yù)測(cè)，2014年整個(gè)3D打印市場(chǎng)的規(guī)模（包括打印機(jī)銷售、材料和相關(guān)服務(wù)）將上升到38億美元;到2018年，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到162億美元，預(yù)計(jì)同期復(fù)合年增長(zhǎng)率為45.75%。4鑒于這些預(yù)測(cè)數(shù)字，3D打印近年來受到媒體的廣泛關(guān)注也就不足為奇了。作為一種顛覆性技術(shù)，它有能力重塑行業(yè)并改變制造流程。盡管如此，如此顯著的市場(chǎng)吸收仍然存在幾個(gè)基本障礙，包括打印機(jī)的成本。即使今天的價(jià)格不到1000美元，3D打印機(jī)對(duì)于消費(fèi)產(chǎn)品來說仍然非常昂貴。

剃刀刀片模型是3D打印市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵嗎？

如果您曾經(jīng)購(gòu)買過剃須刀及其替換刀片，那么您已經(jīng)體驗(yàn)過剃須刀-剃須刀片的商業(yè)模式。這種商業(yè)慣例涉及以折扣價(jià)出售主要商品，以便補(bǔ)充（通常是一次性的）次要商品可以以相當(dāng)高的價(jià)格出售。5除了剃須刀片之外，這種商業(yè)模式已經(jīng)成功地用于傳統(tǒng)打印機(jī)市場(chǎng)很長(zhǎng)時(shí)間，并且仍然是一個(gè)非常成功的策略。

有人可能會(huì)爭(zhēng)辯說，這種Razor-Razorblade模型是最好的商業(yè)策略，也是將3D打印機(jī)推向每個(gè)家庭打印機(jī)主流的最快途徑。簡(jiǎn)單來說，您可以通過以更低的成本（甚至幾乎免費(fèi)）出售打印機(jī)來顯著提高3D打印的采用率，然后在墨盒線軸或打印線材的銷售上賺到一致的錢。

3D打印機(jī)墨盒線軸或打印線材還將使打印機(jī)支持不同價(jià)位的材料，顏色和飾面的大量組合。就像傳統(tǒng)的墨盒一樣，為客戶提供每種顏色的墨水量，也可以提供3D打印燈絲的使用狀態(tài)。 正如歷史告訴我們的那樣，剃刀刀片模型只有在一次性產(chǎn)品上實(shí)施了強(qiáng)大的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)計(jì)劃以防止克隆、偽造、復(fù)制和模仿時(shí)才有效.6 毫無疑問，造假者會(huì)試圖復(fù)制 3D 墨盒并欺騙這些產(chǎn)品的合法制造商。如何阻止知識(shí)產(chǎn)權(quán)盜竊？答案很簡(jiǎn)單：將安全識(shí)別技術(shù)嵌入到每臺(tái)3D打印機(jī)和墨盒中。

SHA-256質(zhì)詢和響應(yīng)身份驗(yàn)證系統(tǒng)的安全性

多年來，在無數(shù)產(chǎn)品和應(yīng)用中，安全哈希算法（SHA）身份驗(yàn)證方案一直是保護(hù)IP免受假冒和非法復(fù)制的非常有效的方法。基于安全散列標(biāo)準(zhǔn)（由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 （NIST） 定義的出版物 FIPS PUB 180-4 的 SHA-256 安全系統(tǒng)是強(qiáng)大的防偽或防克隆工具。一次性產(chǎn)品的安全認(rèn)證還具有控制材料質(zhì)量的積極影響，這反過來又極大地影響了制造商的品牌標(biāo)識(shí)。

簡(jiǎn)單題外話，Maxim的DeepCover安全認(rèn)證器，如帶1-Wire接口的DS28E15和512位用戶EEPROM，在許多嵌入式應(yīng)用中都處于領(lǐng)先地位。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用DS28E15來保護(hù)他們的研發(fā)投資，因?yàn)樵撜J(rèn)證器實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的物理安全性，并提供終極的低成本IP保護(hù)。

SHA-256通信涉及基于對(duì)稱密鑰的雙向質(zhì)詢和響應(yīng)身份驗(yàn)證方案。它是一種握手協(xié)議，其中一方（主機(jī)或主機(jī)，在我們的討論中，3D打印機(jī)）向另一方（從站，這里為墨盒或線軸）提出秘密問題或挑戰(zhàn)。從站必須提供有效的答案或響應(yīng)才能進(jìn)行身份驗(yàn)證。此外，從盒的響應(yīng)取決于它收到的質(zhì)詢和存儲(chǔ)的秘密響應(yīng)。如果墨盒回答了錯(cuò)誤的密碼問題，則打印機(jī)將拒收墨盒。

身份驗(yàn)證方案的主要組件包括 256 位隨機(jī)質(zhì)詢、墨盒的 ROM ID 以及在制造階段嵌入每個(gè)從屬 IC 中的唯一密鑰。該密鑰被編程到SHA-256安全認(rèn)證器DeepCover DS28E15的受保護(hù)存儲(chǔ)器中。同樣的密鑰也被編程到打印機(jī)墨盒中的安全主機(jī)認(rèn)證器DS2465中。一個(gè)強(qiáng)大而安全的密鑰管理方案對(duì)于保護(hù)密鑰不被泄露是必要的。

將墨盒安裝到安全的3D打印機(jī)后，立即發(fā)生以下事件序列（圖3）。

3D打印機(jī)讀取墨盒的ROM ID（即存儲(chǔ)在DS28E15中）。

3D打印機(jī)生成并向墨盒發(fā)送隨機(jī)質(zhì)詢。

盒式磁帶使用其 ROM ID、密鑰、收到的隨機(jī)質(zhì)詢和其他一些數(shù)據(jù)元素計(jì)算 SHA-256 消息身份驗(yàn)證代碼 （MAC）。墨盒將其發(fā)送到打印機(jī)主機(jī)。

然后，3D打印機(jī)使用其本地存儲(chǔ)的密鑰，隨機(jī)質(zhì)詢（發(fā)送到墨盒的相同質(zhì)詢）以及從墨盒收集的ROM ID在本地計(jì)算自己的MAC。

3D打印機(jī)將其MAC的值與墨盒計(jì)算的值進(jìn)行比較。

如果兩個(gè) MAC 匹配，則墨盒已通過身份驗(yàn)證。這基本上意味著墨盒是正品。驗(yàn)證墨盒的真實(shí)性后，3D打印機(jī)可能會(huì)從墨盒的內(nèi)存中讀取其他數(shù)據(jù)，例如日期，制造地點(diǎn)，批號(hào)，支持的燈絲材料和顏色以及材料使用水平。但是，如果 MAC 不匹配，則墨盒被視為假貨、仿冒品或仿冒品。然后，打印機(jī)會(huì)立即禁用所有打印功能。

圖3.3D 盒式磁帶的基于 SHA-2 的質(zhì)詢和響應(yīng)身份驗(yàn)證事務(wù)序列圖。

3D 墨盒和 SHA-256 認(rèn)證的優(yōu)勢(shì)

圖4.基于 SHA-2 的安全身份驗(yàn)證電路實(shí)現(xiàn)。圖中顯示了DS28E15 DeepCover安全認(rèn)證器通過1-Wire接口連接到DS2465 SHA-256協(xié)處理器，有助于在進(jìn)行驗(yàn)證比較之前計(jì)算主機(jī)側(cè)的MAC。

圖 4 說明了如何將 SHA-256 身份驗(yàn)證嵌入到 3D 打印機(jī)和配套墨盒中。DS28E15安全認(rèn)證器是嵌入主機(jī)3D打印機(jī)的基本保護(hù)器件。配備DS2465（即主機(jī)主控）的3D打印機(jī)僅接受來自正品墨盒（即從機(jī)）的真實(shí)響應(yīng)。所有這些通信都通過1-Wire通信接口進(jìn)行，在這種情況下，DS28E15也是盒式磁帶上電的方式。此身份驗(yàn)證方案假定 3D 打印機(jī)和墨盒具有相同的 SHA 密鑰，該密鑰是在安全工廠環(huán)境中制造過程中編程的。

DS28E15安全認(rèn)證器還有另一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。它使用自己唯一的 64 位序列號(hào)或識(shí)別號(hào) （ROM ID） 構(gòu)建，用作 SHA-256 引擎的輸入之一。這使得每個(gè) 256 位 MAC 都是唯一的數(shù)字。DS28E15的存儲(chǔ)器還可以劃分為開放訪問區(qū)域（例如，未受保護(hù)的區(qū)域）和主機(jī)（打印機(jī)）必須向從機(jī)（盒式磁帶）驗(yàn)證自身以進(jìn)行EEPROM寫訪問的區(qū)域。提供多種保護(hù)模式，數(shù)據(jù)手冊(cè)中對(duì)此進(jìn)行了描述。7

當(dāng)DS28E15上的EPROM仿真（EM）保護(hù)模式被激活時(shí)，單個(gè)存儲(chǔ)器位只能從1更改為0，而不能從0更改為1。一旦選擇了EM模式，就無法逆轉(zhuǎn)。這基本上代表了在墨盒上實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)或限制使用功能的最佳途徑，這些功能可能極具挑戰(zhàn)性。此使用限制功能禁止用戶強(qiáng)制打開墨盒包裝以添加自己的燈絲。

DS28E15的存儲(chǔ)器保護(hù)模式7還在3D打印機(jī)上提供平臺(tái)或手段以支持其他功能。這些功能包括打印機(jī)支持不同的打印作業(yè)完成或使用更大的材料和顏色組合創(chuàng)建對(duì)象的能力。這些功能最終是有助于3D打印市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵功能。

結(jié)論

可悲的是，所謂的安全一次性產(chǎn)品通常會(huì)受到各種復(fù)雜的芯片級(jí)方法的攻擊，以提取安全數(shù)據(jù)和/或反向設(shè)備設(shè)置。所有這些都是為了破壞系統(tǒng)安全性，其唯一目的是克隆或偽造它。為了提供最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的保護(hù)，防止這種不可避免的惡意攻擊，DS28E15采用專有的管芯級(jí)物理技術(shù)、電路和加密方法來保護(hù)敏感數(shù)據(jù)、控制信號(hào)和密鑰。

Maxim在開發(fā)嵌入式安全解決方案方面擁有20+年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以保護(hù)不同的終端市場(chǎng)，包括金融，印刷耗材，醫(yī)療耗材，計(jì)算，游戲，能源計(jì)量。Maxim在加密算法、復(fù)雜的IC級(jí)物理保護(hù)實(shí)現(xiàn)（例如，先進(jìn)的芯片級(jí)物理安全）和定制IC封裝方面的專業(yè)知識(shí)仍然是幫助客戶保護(hù)其研發(fā)投資的關(guān)鍵。

DS28E15 DeepCover安全認(rèn)證器能否保護(hù)3D墨盒制造商免受克隆和假冒產(chǎn)品的侵害？它最終會(huì)推動(dòng)消費(fèi)者更快地采用3D打印并在每個(gè)家庭中擁有3D打印機(jī)嗎？是的。通過在DS28E15中實(shí)施基于SHA的質(zhì)詢和響應(yīng)認(rèn)證方案，3D打印機(jī)市場(chǎng)可以確保使用經(jīng)過審查的正品墨盒。在保護(hù)其資產(chǎn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和品牌質(zhì)量的情況下，打印機(jī)市場(chǎng)可以將相當(dāng)一部分收入從打印機(jī)的銷售轉(zhuǎn)移到一次性墨盒的銷售上。

正如歷史告訴我們的那樣，剃刀-剃刀刀片模式只有在實(shí)施強(qiáng)大的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)計(jì)劃以防止克隆、偽造、復(fù)制和模仿一次性用品時(shí)才有效。DS28E15 DeepCover安全認(rèn)證器IC是銷售更多3D打印機(jī)的正確途徑。

審核編輯：郭婷