安全启动CMAC计算过程
获取DFLASH存储秘钥
AesDecryptDf1Block 函数，其作用是读取HSM（High Security Module，高安全模块）数据闪存中加密的数据，然后使用AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）算法进行解密，并将解密后的明文数据加载到HSM RAM结构体中。
/**
* @brief 该函数将从HSM数据闪存中读取加密数据，然后进行解密，并将明文数据加载到HSM RAM结构体中
* @param rounds: 要执行的解密循环次数
* @return 无返回值
*
*****************************************************************************/
void AesDecryptDf1Block(uint32_t rounds)
{
/* 使用密钥编号0 */
in = (uint32_t*)&hsmCfgDataRom; // 指向加密数据的指针
out = (uint32_t*)&hsmCfgData; // 指向HSM RAM结构体的指针
if (rounds > 0)
{
/* 加载第一个密文数据块 */
HSM_AES->AESIN0.U = *in++;
HSM_AES->AESIN1.U = *in++;
HSM_AES->AESIN2.U = *in++;
HSM_AES->AESIN3.U = *in++;
/* 解密数据块 */
HSM_AES->AESCTRL.U = AES_CTRL(OPC_ECB_DEC,KEYNR_0,CVNR_0); // 使用ECB模式和密钥0进行解密
while(--rounds)
{
/* 等待上一个解密操作完成 */
while (HSM_AES->AESSTAT.B.BSY == true)
;
/* 存储明文数据块 */
*out++ = HSM_AES->AESOUT0.U;
*out++ = HSM_AES->AESOUT1.U;
*out++ = HSM_AES->AESOUT2.U;
*out++ = HSM_AES->AESOUT3.U;
/* 加载下一个密文数据块 */
HSM_AES->AESIN0.U = *in++;
HSM_AES->AESIN1.U = *in++;
HSM_AES->AESIN2.U = *in++;
HSM_AES->AESIN3.U = *in++;
/* 解密数据块 */
HSM_AES->AESCTRL.U = AES_CTRL(OPC_ECB_DEC,KEYNR_0,CVNR_0);
}
/* 写入最后一个明文数据到HSM RAM结构体 */
*out++ = HSM_AES->AESOUT0.U;
*out++ = HSM_AES->AESOUT1.U;
*out++ = HSM_AES->AESOUT2.U;
*out++ = HSM_AES->AESOUT3.U;
}
}
rounds 参数指定了要执行的解密循环次数。
in 指针指向一个结构体，该结构体包含了从HSM数据闪存中读取的加密数据。
out 指针指向HSM RAM中的一个结构体，用于存储解密后的明文数据。
HSM_AES 是HSM中AES模块的寄存器地址。
AESIN0 到 AESIN3 是AES模块的输入寄存器，用于加载32位的数据块。
AESCTRL 是AES模块的控制寄存器，用于设置解密操作的参数。AES_CTRL 宏设置了操作模式为ECB（电子密码本模式），使用密钥编号0，和常量向量编号0。
AESSTAT 是AES模块的状态寄存器，其中的 BSY 位表示AES模块是否忙碌。
AESOUT0 到 AESOUT3 是AES模块的输出寄存器，用于存储解密后的数据。
hsmCfgDataRom 按照自定义的格式存储在DF1的固定位置，只有HSM可以进行访问。
函数首先检查 rounds 是否大于0，然后开始解密循环。在每次循环中，它都会从 in 指针处读取加密的数据块，使用AES模块进行解密，并将结果写入 out 指针所指向的RAM结构体中。循环结束后，它还会处理最后一个数据块，并将结果写入RAM结构体。
判断秘钥有效性并加载秘钥
这段代码定义了一个名为 cryptoInitBootParameters 的函数，其作用是在系统启动时初始化加密参数，特别是用于CMAC（Cipher-based Message Authentication Code，基于密码的消息认证码）的AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）密钥。以下是函数的中文解释和注释：
/**
* @brief 初始化启动参数的加密参数。
*
* @param None
* @return 无返回值
*
* @ingroup
*****************************************************************************/
uint8_t cryptoInitBootParameters(void)
{
uint8_t cryptoStatus;
/* 使用ECB模式和密钥槽0解密DF1数据块，然后将它复制到RAM */
AesDecryptDf1Block(HSM_CONFIG_DATA_ROUNDS);
if(hsmCfgData.BootMarker == 0xAA550000)
{
/* 加载用于CMAC的AES密钥到密钥槽2 */
HSM_AES->AESIN0.U = hsmCfgData.Cmac.Key.w[0];
HSM_AES->AESIN1.U = hsmCfgData.Cmac.Key.w[1];
HSM_AES->AESIN2.U = hsmCfgData.Cmac.Key.w[2];
HSM_AES->AESIN3.U = hsmCfgData.Cmac.Key.w[3];
/* 将CMAC密钥加载到槽2 */
HSM_AES->AESCTRL.U = AES_CTRL(OPC_WK, KEYNR_2, CVNR_0);
/* 将所有零的IV写入上下文0 */
HSM_AES->AESCTRL.U = AES_CTRL(OPC_WCV, KEYNR_2, CVNR_0);
cryptoStatus = E_CRYPTO_OK; // 设置加密状态为成功
}
else
{
/* 该设备未用有效数据初始化，或DF1中有故障 */
hsmCfgData.BootMarker = 0x0;
cryptoStatus = E_CRYPTO_NOT_OK; // 设置加密状态为失败
}
return cryptoStatus; // 返回加密状态
}
cryptoStatus 变量用于存储加密操作的状态。
AesDecryptDf1Block 函数用于解密DF1数据块，并将解密后的明文数据复制到RAM中。HSM_CONFIG_DATA_ROUNDS 宏定义了要执行的解密循环次数。
hsmCfgData 结构体存储了从DF1解密得到的配置数据。
BootMarker 是 hsmCfgData 结构体中的一个字段，用作验证解密数据是否有效的标记。
如果 BootMarker 等于 0xAA550000，则认为数据有效，函数将加载用于CMAC的AES密钥到AES模块的密钥槽2，并设置相应的控制寄存器。
OPC_WK 宏定义了写入密钥的操作，KEYNR_2 指定了密钥槽2，CVNR_0 指定了常量向量编号0。
OPC_WCV 宏定义了写入初始化向量（IV）的操作。
如果 BootMarker 不等于 0xAA550000，则认为设备未用有效数据初始化或DF1中有故障，函数将 BootMarker 设置为0并返回失败状态。
计算CMAC并输出结果
CmacOnBoot 函数，其作用是在系统启动时计算CMAC（Cipher-based Message Authentication Code，基于密码的消息认证码）。
/**
* @brief 在系统启动时计算CMAC。
*
* @param None
* @return 加密操作成功或失败的状态。
*
* @ingroup
*****************************************************************************/
uint8_t CmacOnBoot(void)
{
uint32_t rounds = 0;
uint8_t result = E_CRYPTO_NOT_OK;
#if ((DEBUG & 0x01) == 0x01)
P00_OMR.U = PORT_SET_P0; // 调试标志，设置P00.0引脚
#endif
if(hsmCfgData.BootMarker == 0xAA550000)
{
/* 从命令结构体获取输入信息 */
AES_DATA_Type *in = (AES_DATA_Type *)(hsmCfgData.BootMacStartAddress);
/* 计算最后一个块和要执行的轮数 */
rounds = AesCMAC_CalculateLastBlock(hsmCfgData.BootMacSize, in);
HSM_AES->AESCTRL.U = AES_CTRL(OPC_WK, KEYNR_0, CVNR_0); /* 清除输入值 */
HSM_AES->AESCTRL.U = AES_CTRL(OPC_WCV, KEYNR_2, CVNR_0); /* 写入IV */
/* 以128位块的形式读取闪存数据 */
if (rounds > 1)
{
AesCmacMove((uint32_t *)in, rounds-1, AES_CTRL(OPC_CBC_ENC, KEYNR_2, CVNR_0));
}
/* 总是执行最后一个块 */
HSM_AES->AESIN0.U = M_last.w[0];
HSM_AES->AESIN1.U = M_last.w[1];
HSM_AES->AESIN2.U = M_last.w[2];
HSM_AES->AESIN3.U = M_last.w[3];
HSM_AES->AESCTRL.U = AES_CTRL(OPC_CBC_ENC, KEYNR_2, CVNR_0);
while (HSM_AES->AESSTAT.B.BSY == true)
; // 等待AES模块完成操作
#if 0
/* 将计算出的CMAC与存储的值进行比较 */
AesGetResult((uint32_t *)&Cmac_boot);
for(uint32_t i=0; i < 4; i++)
{
if (Boot_MAC != Cmac_boot.w)
{
result = E_CRYPTO_NOT_OK;
break;
}
else
{
result = E_CRYPTO_OK;
}
}
#else
/* 需要计算SAHMEM窗口，以便将数据写回主机内存 */
HSM_BRIDGE->SAHBASE.U = (uint32_t)(Boot_ResponseAddress);
out = (uint32_t*)(((uint32_t)(Boot_ResponseAddress) & 0x0000FFFFu) | 0xF0050000u);
AesGetResult(out);
out += 8;
*out++ = hsmCfgData.BootMacSize;
*out = hsmCfgData.BootMacStartAddress;
result = E_CRYPTO_OK;
#endif
}
#if ((DEBUG & 0x01) == 0x01)
P00_OMR.U = PORT_CLR_P0; // 调试标志，清除P00.0引脚
#endif
return result;
}
rounds 变量用于存储要执行的CMAC计算轮数。
result 变量用于存储CMAC计算的结果状态。
hsmCfgData 结构体包含了启动时的配置信息，包括启动标记（BootMarker）、启动MAC起始地址（BootMacStartAddress）和大小（BootMacSize）。
如果 BootMarker 等于 0xAA550000，则认为设备已用有效数据初始化，函数将继续执行CMAC计算。
AesCMAC_CalculateLastBlock 函数用于计算最后一个CMAC数据块和轮数。
AES_DATA_Type 类型定义了要进行CMAC操作的数据指针。
AesCmacMove 函数用于执行CMAC计算的中间轮。
M_last 变量存储了最后一个CMAC数据块。
HSM_BRIDGE 用于设置SAHMEM（Secure Access to Host Memory）基地址，以便将CMAC结果写回主机内存。
AesGetResult 函数用于从AES模块获取CMAC计算的结果。
返回流程
/*!
* @fn uint8_t CheckHashApplication(void)
* @brief 计算 PFLASH 上的 HASH 值
* @param None
* @return 成功或失败的状态
*/
uint8_t CheckHashApplication(void)
{
uint8_t cryptoCheck = E_CRYPTO_NOT_OK;
/* */
Boot_ResponseAddress = Boot_ResponseAddressRom;
/* 加载 CMAC 密钥并获取子密钥 */
cryptoCheck = cryptoInitBootParameters();
/* 我们是否正确地解码了安全启动参数？ */
if (E_CRYPTO_OK == cryptoCheck)
{
/* 安全启动是否应该立即释放 TriCore 还是在检查后释放？ */
if ((0x01 & hsmCfgData.BootOptions) == 1)
{
/* 检查时钟控制单元是否从默认设置更改过 */
if (true == clockWasSet)
{
/* 降低使用内部 100 MHz 振荡器的 PLL0 */
CCU_RampDownSystemPll();
/* 表示我们已经重置了时钟 */
clockWasSet = false;
}
/* 释放 AURIX CPU0 */
HSM_BRIDGE->HSM2HTF.U = 1;
}
/* 对 AURIX 代码运行 CMAC */
cryptoCheck = CmacOnBoot();
}
/* 检查时钟控制单元是否从默认设置更改过 */
if (true == clockWasSet)
{
/* 降低使用内部 100 MHz 振荡器的 PLL0 */
CCU_RampDownSystemPll();
}
/* 返回结果代码，对于演示代码总是为真，对于真正的应用，这应该返回 CMAC 验证的实际状态 */
return E_CRYPTO_OK;
}
cryptoCheck 变量用于存储加密操作的状态。
Boot_ResponseAddress 被设置为 Boot_ResponseAddressRom，一个用于存储启动响应的地址。
cryptoInitBootParameters 函数用于加载 CMAC（Cipher-based Message Authentication Code，基于密码的消息认证码）密钥和子密钥。
hsmCfgData.BootOptions 包含了启动选项，如果设置了立即释放 TriCore 标志，则会检查时钟控制单元是否更改过默认设置，并执行相应的操作。
clockWasSet 变量用于指示时钟是否已经被更改过。如果是，将调用 CCU_RampDownSystemPll 函数降低 PLL0 的频率。
HSM_BRIDGE->HSM2HTF.U = 1; 这行代码释放了 AURIX CPU0，允许它执行用户代码。
CmacOnBoot 函数用于对启动代码执行 CMAC 操作，以验证其完整性。
最后，函数返回 E_CRYPTO_OK 表示成功，但在实际应用中，应根据 cryptoCheck 的实际值返回。
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版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_36750998/article/details/140863977
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