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[AIROC™ 蓝牙] 【英飞凌CYW20829测评】-6-AES硬件加密体验

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 楼主| 南来之风 发表于 2024-7-20 13:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
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体验, CYW20829, 英飞凌, 硬件加密, 硬件, 加密
本帖最后由 南来之风 于 2024-7-20 15:51 编辑

一、什么是AES？高级加密标准AES (Advanced Encryption Standard)是全球通用的对称密钥加密标准。它包括三种分组密码:AES-128(128位密钥)、AES-192(192位密钥)和AES-256(256位密钥)。

AES算法对硬件友好，速度快，占用资源少。它的工作原理是乘积密码，并且是分组密码，这意味着它对固定长度为128位(16字节)的数据块进行操作。输入块称为明文，加密后的输出称为密文(也是128位)。使用第二个输入(密钥)来控制精确的转换。解密与加密类似，解密算法接收128位的密文块和密钥作为输入，生成原始的128位明文块。

本次实验中用到的两种加解密算法分别是AES CTR, AES CLB.

  • AES CTR加解密原理

    CTR加密原理：用密钥对输入的计数器加密，然后同明文异或得到密文。解密原理：用密钥对输入计数器加密，然后同密文异或得到明文。

    CTR不需要Padding，而且采用了流密钥方式加解密，适合于并行运算，CTR涉及参量：Nounce随机数、Counter计数器和密钥。Nounce随机数和Counter计数器整      体可看作计数器，因为只要算法约定好，就可以回避掉串行化运算。

  • CFB模式：Cipher FeedBack mode（密文反馈模式）



二、在英飞凌硬件上体验AES硬件加解密



cyw28029的security组件包含了多种不同的硬件加解密模块，方便不同的应用场合和安全需求。其中CPU子系统提供256K RAM、用于外部闪存的XIP接口，以及包括CAN在内的丰富外设组合，以支持各种应用。内置的安全功能包括安全启动、安全执行环境、真随机数生成器（TRNG）、基于eFuse的特定密钥和密码操作硬件加速技术等。本次使用参考例程：AES_CRYPTOLITE。

1.编程完成后，应用程序自动启动。确认UART终端显示如下:



图1所示。程序启动时的终端输出

2.读取用户的输入消息，如果超过MAX_MESSAGE_SIZE限制，则提示用户输入在限制范围内的新消息。


1.输入'1'使用AES CTR模式，输入'2'使用AES CFB模式。然后，使用各自的AES模式进行加密和解密，并在UART终端上显示结果。


图2。终端输出要求输入为AES CTR模式或AES CFB模式


AES CTR加解密算法：
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  1. /*******************************************************************************
    

  2. * Function Name: encrypt_message_cfb
    

  3. ********************************************************************************
    

  4. * Summary: Function used to encrypt the message through ctr mode.
    

  5. *
    

  6. * Parameters:
    

  7. *  char * message - pointer to the message to be encrypted
    

  8. *  uint8_t size   - size of message to be encrypted.
    

  9. *
    

  10. * Return:
    

  11. *  void
    

  12. *
    

  13. *******************************************************************************/
    


  14. 

  15. void encrypt_message_ctr(uint8_t* message, uint8_t size)
    

  16. {
    

  17.     uint32_t srcOffset;
    

  18.     cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;
    

  19.     cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;
    

  20.     uint8_t aes_block_count = 0;
    

  21.     cy_en_cryptolite_status_t res;
    

  22.     void* result;
    


  23. 

  24.     aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?
    

  25.                        (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)
    

  26.                        : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);
    

  27.     /* Initializes the AES operation by setting key and key length */
    

  28.      res = Cy_Cryptolite_Aes_Init(CRYPTOLITE, aes_key, &aes_state, &aesBuffers);
    

  29.      if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  30.      {
    

  31.        CY_ASSERT(0);
    

  32.      }
    


  33. 

  34.      srcOffset = 0;
    

  35.      result = memcpy(AesCtrIV_copied, AesCtrIV, sizeof(AesCtrIV));
    

  36.      if(result == NULL)
    

  37.      {
    

  38.        perror("Memory failed\r\n");
    

  39.      }
    

  40.      res = Cy_Cryptolite_Aes_Ctr( CRYPTOLITE,
    

  41.                             aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,
    

  42.                             &srcOffset,
    

  43.                             AesCtrIV_copied,
    

  44.                             encrypted_msg,
    

  45.                             message,
    

  46.                             &aes_state);
    

  47.      if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  48.      {
    

  49.        CY_ASSERT(0);
    

  50.      }
    

  51.      res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);
    

  52.      if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  53.      {
    

  54.        CY_ASSERT(0);
    

  55.      }
    

  56.      printf("\r\nResult of Encryption:\r\n");
    

  57.      print_data((uint8_t*) encrypted_msg,
    

  58.                 aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH );
    


  59. 

  60. }
    


  61. 

  62. /*******************************************************************************
    

  63. * Function Name: decrypt_message
    

  64. ********************************************************************************
    

  65. * Summary: Function used to decrypt the message for ctr mode.
    

  66. *
    

  67. * Parameters:
    

  68. *  char * message - pointer to the message to be decrypted
    

  69. *  uint8_t size   - size of message to be decrypted.
    

  70. *
    

  71. * Return:
    

  72. *  void
    

  73. *
    

  74. *******************************************************************************/
    


  75. 

  76. void decrypt_message_ctr(uint8_t* message, uint8_t size)
    

  77. {
    

  78.     uint32_t srcOffset;
    

  79.     cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;
    

  80.     cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;
    

  81.     uint8_t aes_block_count = 0;
    

  82.     cy_en_cryptolite_status_t res;
    

  83.     void* result;
    

  84.     aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?
    

  85.                        (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)
    

  86.                        : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);
    


  87. 

  88.     /* Initializes the AES operation by setting key and key length */
    

  89.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Init(CRYPTOLITE, aes_key, &aes_state, &aesBuffers);
    

  90.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  91.     {
    

  92.         CY_ASSERT(0);
    

  93.     }
    

  94.     srcOffset = 0;
    

  95.     /* Start decryption operation*/
    

  96.     result = memcpy(AesCtrIV_copied, AesCtrIV, sizeof(AesCtrIV));
    

  97.     if(result == NULL)
    

  98.     {
    

  99.         perror("Memory failed\r\n");
    

  100.     }
    

  101.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Ctr(  CRYPTOLITE,
    

  102.                             aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,
    

  103.                             &srcOffset,
    

  104.                             AesCtrIV_copied,
    

  105.                             decrypted_msg,
    

  106.                             encrypted_msg,
    

  107.                             &aes_state);
    

  108.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  109.     {
    

  110.         CY_ASSERT(0);
    

  111.     }
    

  112.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);
    

  113.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  114.     {
    

  115.         CY_ASSERT(0);
    

  116.     }
    

  117.     decrypted_msg[size]='\0';
    

  118.     /* Print the decrypted message on the UART terminal */
    

  119.     printf("\r\nResult of Decryption:\r\n\n");
    

  120.     printf("%s", decrypted_msg);
    


  121. 

  122. }




图3。终端输出显示AES CTR模式加解密


AES CFB加解密代码：
复制
  1. /*******************************************************************************
    

  2. * Function Name: encrypt_message_cfb
    

  3. ********************************************************************************
    

  4. * Summary: Function used to encrypt the message through cfb mode.
    

  5. *
    

  6. * Parameters:
    

  7. *  char * message - pointer to the message to be encrypted
    

  8. *  uint8_t size   - size of message to be encrypted.
    

  9. *
    

  10. * Return:
    

  11. *  void
    

  12. *
    

  13. *******************************************************************************/
    


  14. 


  15. 

  16. void encrypt_message_cfb(uint8_t* message, uint8_t size)
    

  17. {
    

  18.     cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;
    

  19.     cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;
    

  20.     uint8_t aes_block_count = 0;
    

  21.     cy_en_cryptolite_status_t res;
    

  22.     void* result;
    


  23. 

  24.     aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?
    

  25.                        (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)
    

  26.                        : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);
    


  27. 

  28.     /* Initializes the AES operation by setting key and key length */
    

  29.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Init(CRYPTOLITE, aes_key, &aes_state, &aesBuffers);
    

  30.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  31.     {
    

  32.         CY_ASSERT(0);
    

  33.     }
    


  34. 

  35.     result = memcpy(AesCfbIV_copied, AesCfbIV, sizeof(AesCfbIV));
    

  36.     if(result == NULL)
    

  37.     {
    

  38.         perror("Memory failed\r\n");
    

  39.     }
    


  40. 

  41.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Cfb(  CRYPTOLITE,
    

  42.                             CY_CRYPTOLITE_ENCRYPT,
    

  43.                             aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,
    

  44.                             AesCfbIV_copied,
    

  45.                             encrypted_msg,
    

  46.                             message,
    

  47.                             &aes_state);
    


  48. 

  49.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  50.     {
    

  51.         CY_ASSERT(0);
    

  52.     }
    

  53.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);
    

  54.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  55.     {
    

  56.         CY_ASSERT(0);
    

  57.     }
    

  58.     printf("\r\nResult of Encryption:\r\n");
    

  59.     print_data((uint8_t*) encrypted_msg,
    

  60.                 aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH );
    


  61. 

  62. }
    


  63. 

  64. /*******************************************************************************
    

  65. * Function Name: decrypt_message
    

  66. ********************************************************************************
    

  67. * Summary: Function used to decrypt the message for cfb mode.
    

  68. *
    

  69. * Parameters:
    

  70. *  char * message - pointer to the message to be decrypted
    

  71. *  uint8_t size   - size of message to be decrypted.
    

  72. *
    

  73. * Return:
    

  74. *  void
    

  75. *
    

  76. *******************************************************************************/
    


  77. 

  78. void decrypt_message_cfb(uint8_t* message, uint8_t size)
    

  79. {
    

  80.     cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;
    

  81.     cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;
    

  82.     uint8_t aes_block_count = 0;
    

  83.     cy_en_cryptolite_status_t res;
    

  84.     void* result;
    


  85. 

  86.     aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?
    

  87.                        (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)
    

  88.                        : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);
    


  89. 

  90.     /* Initializes the AES operation by setting key and key length */
    

  91.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Init(CRYPTOLITE, aes_key, &aes_state, &aesBuffers);
    

  92.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  93.     {
    

  94.         CY_ASSERT(0);
    

  95.     }
    

  96.     /* Start decryption operation*/
    

  97.     result = memcpy(AesCfbIV_copied, AesCfbIV, sizeof(AesCfbIV));
    

  98.     if(result == NULL)
    

  99.     {
    

  100.        perror("Memory failed\r\n");
    

  101.     }
    

  102.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Cfb(CRYPTOLITE,
    

  103.                             CY_CRYPTOLITE_DECRYPT,
    

  104.                             aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,
    

  105.                             AesCfbIV_copied,
    

  106.                             decrypted_msg,
    

  107.                             encrypted_msg,
    

  108.                             &aes_state);
    

  109.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  110.         {
    

  111.             CY_ASSERT(0);
    

  112.         }
    

  113.     res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);
    

  114.     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)
    

  115.         {
    

  116.             CY_ASSERT(0);
    

  117.         }
    

  118.     decrypted_msg[size]='\0';
    

  119.     /* Print the decrypted message on the UART terminal */
    

  120.     printf("\r\nResult of Decryption:\r\n\n");
    

  121.     printf("%s", decrypted_msg);
    


  122. 

  123. }


图4。终端输出显示AES CFB模式加解密


总结：
英飞凌CYW20829芯片不仅提供了卓越的硬件加解密模块，还提供了ModusToolbox软件生态，功能完善的BSP等软件资源，可以大大简化硬件加解密的设计的同时满足高标准的安全需求。







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suncat0504 发表于 2024-7-29 20:55 | 显示全部楼层
很高深的样子，要学的东西太多了。
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shenxiaolin 发表于 2024-7-29 21:54 | 显示全部楼层
感谢分享
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shenxiaolin 发表于 2024-7-29 21:55 | 显示全部楼层
感谢分享
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yangjiaxu 发表于 2024-7-30 10:58 | 显示全部楼层
硬件AES确实很不错，虽然我用的都是软件的CRC就完事儿了 哈哈哈
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盗铃何须掩耳 发表于 2024-7-31 14:21 | 显示全部楼层
现在都很注意固件安全了
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原来是wjc 发表于 2025-2-28 23:24 | 显示全部楼层
AES对固定长度的数据块（128位）进行加密和解密处理。
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