基于 STM32 加密库开发比特币应用的补充说明

只看该作者 · 2021-12-24 21:55

前言
比特币是一个基于区块链和密码技术的应用。本文针对 STM32 客户的反馈，对那些使用 STM32 加密库开发比特币应用作了
一些补充的技术说明。

只看该作者 · 2021-12-24 21:57

STM32 加密库
STM32 加密库提供对称加解密，非对称加解密，以及 HASH 算法，并通过了 CAVP FIPS 认证，可使用在各类安全相关的应
用。
对称加解密算法支持 AES、DES、3DES、RC5、Chacha20、Poly1305。其中针对特定算法，如 AES，又支持多种加密模式
如 ECB、CBC、CTR、GCM、CCM、XTS、Cipher-wrap 等。非对称加解密算法支持 RSA、ECC。Hash 算法支持 SHA-
1、SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、MD5。
STM32 加密库分为硬件加速和纯固件实现两种。纯固件实现可以运行在所有的 STM32 系列上。
STM32 加密库可以通过访问 www.st.com ，在主页中的搜索框里输入 cryptolib 得到页面链接。加密库下载需要批准，请在
线填写申请后等待邮件通知，一般很快就可以得到回复。
STM32 TRNG 真随机数
STM32 真随机数（TRNG）基于物理噪声源生成随机数，提供了高随机性，为不少算法特别是椭圆曲线提供了坚实的基础。
随机数通过了 AIS-31 PTG.2 测试。
比特币中的加解密算法
比特币加解密相关的算法主要是两类，椭圆曲线 ECC 以及 HASH 算法。比特币使用椭圆曲线签名和验签算法来核实比特币交
易的可靠性，以及辨别区块链中比特币的归属地址。HASH 算法除了用在椭圆曲线签名、验证，比特币地址校验，还利用该
算法的单向性，创造出比特币的挖矿机制。HASH 没有什么特别，将不在本文补充说明。

只看该作者 · 2021-12-24 21:58

比特币的椭圆曲线
比特币的椭圆曲线是个小众曲线，不是常见的 NIST P192、P256 和 P384，而是 SECP256。根据它的规范和 STM32 加密库
的代码库的参数格式，比特币的椭圆曲线参数可以表示如下：

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/* coefficient a*/

const uint8_t secp256_a[] =

{

 0x00

};

/* coefficient b */

const uint8_t secp256_b[] =

{

 0x7

};

/* prime modulus p*/

const uint8_t secp256_p[] =

{

 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,

 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xff,

 0xff,0xfc,0x2f

};

/* order n*/

const uint8_t secp256_n[] = {

 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,

 0xff,0xfe,0xba,0xae,0xdc,0xe6,0xaf,0x48,0xa0,0x3b,0xbf,0xd2,0x5e,0x8c,0xd0,

 0x36,0x41,0x41

 

};

/* base point Gx*/

const uint8_t secp256_Gx[] =

{

 0x79,0xbe,0x66,0x7e,0xf9,0xdc,0xbb,0xac,0x55,0xa0,0x62,0x95,0xce,0x87,

 0x0b,0x07,0x02,0x9b,0xfc,0xdb,0x2d,0xce,0x28,0xd9,0x59,0xf2,0x81,0x5b,0x16,

 0xf8,0x17,0x98

 

};

/* base point Gy*/

const uint8_t secp256_Gy[] =

{

 0x48,0x3a,0xda,0x77,0x26,0xa3,0xc4,0x65,0x5d,0xa4,0xfb,0xfc,

 0x0e,0x11,0x08,0xa8,0xfd,0x17,0xb4,0x48,0xa6,0x85,0x54,0x19,0x9c,0x47,0xd0,

 0x8f,0xfb,0x10,0xd4,0xb8

};

用户可以直接将此参数拷贝 STM32 加密库的例程，例如
STM32CubeExpansion_Crypto_V3.1.0\Fw_Crypto\STM32L4\Projects\STM32L476RG
Nucleo\ECC\KeyGen_Sign_Verif\Src\main.c。该例程演示的功能包括：生成 ECC 公私钥匙密钥对，使用私钥对指定消息签
名，再使用对应公钥对签名做验签。
为了对这个曲线做如上运行，需要在例程代码的循环处增加一个案例，条件 3，如：

复制

case 3: 

 /* Initialize the ECC curve structure, with all the parameters */

 EC_st.pmA = secp256_a;

 EC_st.pmP = secp256_p;

 EC_st.pmN = secp256_n;

 EC_st.pmGx = secp256_Gx;

 EC_st.pmGy = secp256_Gy;

 EC_st.mAsize = sizeof(secp256_a);

 EC_st.mNsize = sizeof(secp256_n);

 EC_st.mPsize = sizeof(secp256_p);

 EC_st.mGxsize = sizeof(secp256_Gx);

 EC_st.mGysize = sizeof(secp256_Gy);

 break;

别忘了将 for 循环的条件修改成
param_ecc_counter < 4

param_ecc_counter < 4

param_ecc_counter < 4case 3:

只看该作者 · 2021-12-24 22:00

从私钥生成公钥
有客户提到，STM32 加密库提供了椭圆曲线相关接口调用，但并没有在文档或者代码里描述如何从椭圆曲线私钥生成公钥。
这里做一个补充说明，实现该功能关键函数就是“点乘 API：ECCscalarMul”。可以在例程已有代码的基础上，通过“点乘
API”来对“密钥对生成 API”的运算结果做一次验证。

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ECCkeyGen(PrivKey, PubKey, &RNGstate, &EC_st, &Crypto_Buffer); // 例程原有代码

// 使用这里产生的私钥，通过点乘运算得到公钥，看是否和该 API 生成的公钥一致

// 调用 ECCinitPoint 为参考点分配空间

ECCinitPoint(&G, &EC_st, &Crypto_Buffer);

// 从参数曲线中获取该曲线的参考点

ECCsetPointGenerator(G, &EC_st);

// 对私钥做一个基于曲线参考点的点乘，结果就是该私钥对应的公钥

ECCscalarMul(G, PrivKey, PubKey, &EC_st, &Crypto_Buffer);

其中 G 是临时变量，需要先定义后使用。

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ECCpoint_stt *G = NULL;

若在求得公钥后不再需要，需要及时释放资源。

复制

ECCfreePoint(&G, &Crypto_Buffer);

而本来就分配的点资源，例程会在在程序结束时释放。
另外，如果从外部已经拿到私钥（大数），是用 uint8_t 类型数组表示；而为了应用在我们的加密库中，可以通过以下 API 做
表示形式的转换：

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ECCsetPrivKeyValue(PrivKey, secp256_priv, sizeof(secp256_priv));

只看该作者 · 2021-12-24 22:01

总结
本文针对使用 STM32 开发比特币的客户，对 STM32 加密库的椭圆曲线参数和点乘函数做了补充说明，方便 STM32 客户进
行开发比特币应用。

基于 STM32 加密库开发比特币应用的补充 说明

基于 STM32 加密库开发比特币应用的补充说明