【英飞凌CYW20829测评】-6-AES硬件加密体验

只看该作者 · 2024-7-20 13:10

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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/*******************************************************************************

* Function Name: encrypt_message_cfb

********************************************************************************

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

*

* Parameters:

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

*  uint8_t size   - size of message to be encrypted.

*

* Return:

*  void

*

*******************************************************************************/



void encrypt_message_ctr(uint8_t* message, uint8_t size)

{

    uint32_t srcOffset;

    cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;

    cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;

    uint8_t aes_block_count = 0;

    cy_en_cryptolite_status_t res;

    void* result;



    aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?

                       (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)

                       : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);

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

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

     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

     {

       CY_ASSERT(0);

     }



     srcOffset = 0;

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

     if(result == NULL)

     {

       perror("Memory failed\r\n");

     }

     res = Cy_Cryptolite_Aes_Ctr( CRYPTOLITE,

                            aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,

                            &srcOffset,

                            AesCtrIV_copied,

                            encrypted_msg,

                            message,

                            &aes_state);

     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

     {

       CY_ASSERT(0);

     }

     res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);

     if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

     {

       CY_ASSERT(0);

     }

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

     print_data((uint8_t*) encrypted_msg,

                aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH );



}



/*******************************************************************************

* Function Name: decrypt_message

********************************************************************************

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

*

* Parameters:

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

*  uint8_t size   - size of message to be decrypted.

*

* Return:

*  void

*

*******************************************************************************/



void decrypt_message_ctr(uint8_t* message, uint8_t size)

{

    uint32_t srcOffset;

    cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;

    cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;

    uint8_t aes_block_count = 0;

    cy_en_cryptolite_status_t res;

    void* result;

    aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?

                       (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)

                       : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);



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

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

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

    {

        CY_ASSERT(0);

    }

    srcOffset = 0;

    /* Start decryption operation*/

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

    if(result == NULL)

    {

        perror("Memory failed\r\n");

    }

    res = Cy_Cryptolite_Aes_Ctr(  CRYPTOLITE,

                            aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,

                            &srcOffset,

                            AesCtrIV_copied,

                            decrypted_msg,

                            encrypted_msg,

                            &aes_state);

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

    {

        CY_ASSERT(0);

    }

    res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

    {

        CY_ASSERT(0);

    }

    decrypted_msg[size]='\0';

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

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

    printf("%s", decrypted_msg);



}

图3。终端输出显示AES CTR模式加解密

AES CFB加解密代码：

复制

/*******************************************************************************

* Function Name: encrypt_message_cfb

********************************************************************************

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

*

* Parameters:

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

*  uint8_t size   - size of message to be encrypted.

*

* Return:

*  void

*

*******************************************************************************/





void encrypt_message_cfb(uint8_t* message, uint8_t size)

{

    cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;

    cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;

    uint8_t aes_block_count = 0;

    cy_en_cryptolite_status_t res;

    void* result;



    aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?

                       (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)

                       : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);



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

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

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

    {

        CY_ASSERT(0);

    }



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

    if(result == NULL)

    {

        perror("Memory failed\r\n");

    }



    res = Cy_Cryptolite_Aes_Cfb(  CRYPTOLITE,

                            CY_CRYPTOLITE_ENCRYPT,

                            aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,

                            AesCfbIV_copied,

                            encrypted_msg,

                            message,

                            &aes_state);



    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

    {

        CY_ASSERT(0);

    }

    res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

    {

        CY_ASSERT(0);

    }

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

    print_data((uint8_t*) encrypted_msg,

                aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH );



}



/*******************************************************************************

* Function Name: decrypt_message

********************************************************************************

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

*

* Parameters:

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

*  uint8_t size   - size of message to be decrypted.

*

* Return:

*  void

*

*******************************************************************************/



void decrypt_message_cfb(uint8_t* message, uint8_t size)

{

    cy_stc_cryptolite_aes_state_t aes_state;

    cy_stc_cryptolite_aes_buffers_t aesBuffers;

    uint8_t aes_block_count = 0;

    cy_en_cryptolite_status_t res;

    void* result;



    aes_block_count =  (size % AES128_ENCRYPTION_LENGTH == 0) ?

                       (size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH)

                       : (1 + size / AES128_ENCRYPTION_LENGTH);



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

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

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

    {

        CY_ASSERT(0);

    }

    /* Start decryption operation*/

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

    if(result == NULL)

    {

       perror("Memory failed\r\n");

    }

    res = Cy_Cryptolite_Aes_Cfb(CRYPTOLITE,

                            CY_CRYPTOLITE_DECRYPT,

                            aes_block_count * AES128_ENCRYPTION_LENGTH,

                            AesCfbIV_copied,

                            decrypted_msg,

                            encrypted_msg,

                            &aes_state);

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

        {

            CY_ASSERT(0);

        }

    res = Cy_Cryptolite_Aes_Free(CRYPTOLITE,&aes_state);

    if(res!=CY_CRYPTOLITE_SUCCESS)

        {

            CY_ASSERT(0);

        }

    decrypted_msg[size]='\0';

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

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

    printf("%s", decrypted_msg);



}