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[方案相关] 【华大测评】AES测试

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 楼主| 纪国圣 发表于 2021-12-18 10:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
TI, TE, print, printf, se
一、AES简介
AES 加解密算法是一个密钥迭代分组密码，包含了轮变换对状态的重复作用。加密过程的轮变换由四个操作组成：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey。其中，SubBytes 是求每个字节在 GF(2^8)中的模逆元和一个仿射变换；ShiftRows 是一个字节换位，它将状态中的行按照不同的偏移量进行循环移位；MixColumns 对状态各列进行线性变换；AddRoundKey，状态中的各字节与轮密钥进行逐位异或操作。下图所示是加密流程的示意图：
4.PNG 上图中Sub_Key 是指每一轮的子密钥，除了初始变换用初始密钥外，后面的轮变换所用子密钥需要由初始密钥扩展而来，且密钥的扩展过程和加密过程是同步进行的。由于明文固定为 128bits，加密过程运行的轮数就取决于密钥的长度。比如，密钥为128bits 时，运行轮数为 10 轮；密钥为 192bits 时，运行轮数为 12 轮；密钥为 256bits时，运行轮数为 14 轮。除了最后一轮缺少 MixColumn 变换，其余各轮均进行完整的轮变换操作。本产品搭载的 AES 仅支持 128bits 密钥长度的加解密过程。解密流程与加密流程有所区别，首先必须完成所有密钥的扩展，解密过程从扩展的最后一轮子密钥往回使用，然后轮变换的四个操作变成了相应的逆运算：InvSubBytes、InvShiftRows、InvMixColumns、AddRoundKey。InvSubBytes 中的模逆运算仍然保持，但仿射变换改为逆变换；InvShiftRows 和 InvMixColumns 变成相应的逆变换；AddRoundKey 保持不变
二、操作流程
1.加密操作流程
AES 的加密操作流程例如下：
1) 将128bits 明文写入数据寄存器（AES_DR）中。
2) 将加密密钥写入密钥寄存器（AES_KR）中。
3) 设置控制寄存器（AES_CR）中的各位，包括：
a) 将 CR.Mode 设置为0
b) 向AES_CR.START 写入1，启动模块进行运算
注：步骤 a, b 可同时进行
4) 判断模块运算是否结束。
不断读取AES_CR.START，如果其值变为0，则表示运算结束
5) 读取数据寄存器（AES_DR），获得 128 位密文。
6) 如果要继续进行新的运算，回到步骤1），否则结束
2.解密操作流程
AES 的解密操作流程例如下：
1) 将 128bits 密文写入数据寄存器（AES_DR）中。
2) 将解密密钥写入密钥寄存器（AES_KR）中。
3) 设置控制寄存器（AES_CR）中的各位，包括：
a) 将CR.Mode 设置为1
b) 向AES_CR.START 写入1，启动模块进行运算
注：步骤 a, b 可同时进行
4) 判断模块运算是否结束。
不断读取 AES_CR.START，如果其值变为0，则表示运算结束
5) 读取数据寄存器（AES_DR），获得 128 位明文。
6) 如果要继续进行新的运算，回到步骤1），否则结束。

3.加密解密时间
AES 模块从启动一次运算（AES_CR.START 写入1）到该次运算结束（AES_CR.START恢复到0）所需时间如下：

5.PNG
4.操作注意事项
1) 上电后，本模块进行一次异步复位操作。时钟需在复位脱离前稳定有效，并且在后续运行中持续稳定。
2) 在加解密过程中，数据寄存器会改变，如果下次运算操作的数据就是本次运算的结果，就无需重新写入数据。
3) 在用相同的密钥加解密大量数据的情况下，不需要重复写入密钥。
4) 判断模块运算结束的方法：不断读取 AES_CR.START，如果其值变为0，则表示运算结束。
三、测试
测试程序如下：
复制
  1. /*******************************************************************************
    

  2.  * Copyright (C) 2020, Huada Semiconductor Co., Ltd. All rights reserved.
    

  3.  *
    

  4.  * This software component is licensed by HDSC under BSD 3-Clause license
    

  5.  * (the "License"); You may not use this file except in compliance with the
    

  6.  * License. You may obtain a copy of the License at:
    

  7.  *                    opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
    

  8.  */
    

  9. /******************************************************************************/
    

  10. /** \file main.c
    

  11.  **
    

  12.  ** \brief This sample demonstrates how to set GPIO as output function.
    

  13.  **
    

  14.  **   - 2021-04-16 CDT first version for Device Driver Library of GPIO.
    

  15.  **
    

  16.  ******************************************************************************/
    


  17. 

  18. /*******************************************************************************
    

  19.  * Include files
    

  20.  ******************************************************************************/
    

  21. #include "hc32_ddl.h"
    

  22. #include "ev_hc32f460_lqfp100_v1.h"
    

  23. #include "TIM_Measure.h"
    


  24. 

  25. /*******************************************************************************
    

  26.  * Local type definitions ('typedef')
    

  27.  ******************************************************************************/
    


  28. 

  29. /*******************************************************************************
    

  30.  * Local pre-processor symbols/macros ('#define')
    

  31.  ******************************************************************************/
    

  32.  /* AES key length in bytes is 16. */
    

  33. #define AES_KEYLEN                          ((uint8_t)16)
    


  34. 

  35. /*******************************************************************************
    

  36.  * Global variable definitions (declared in header file with 'extern')
    

  37.  ******************************************************************************/
    


  38. 

  39. /*******************************************************************************
    

  40.  * Local function prototypes ('static')
    

  41.  ******************************************************************************/
    


  42. 

  43. /*******************************************************************************
    

  44.  * Local variable definitions ('static')
    

  45.  ******************************************************************************/
    

  46. float t = 0.0f;        
    


  47. 

  48. const static uint8_t m_au8AesKey[AES_KEYLEN] =
    

  49. {
    

  50.     0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x9A, 0xCD, 0xEF,
    

  51.     0xF1, 0xF2, 0xF3, 0xF4, 0xF5, 0xF6, 0xF7
    

  52. };
    


  53. 

  54. /* Word alignment. */
    

  55. __ALIGN_BEGIN static uint8_t m_au8Plaintext[64u] = {0u};
    

  56. __ALIGN_BEGIN static uint8_t m_au8Ciphertext[64u];
    

  57. /*******************************************************************************
    

  58.  * Function implementation - global ('extern') and local ('static')
    

  59.  ******************************************************************************/
    

  60. /**
    

  61.  *******************************************************************************
    

  62.  ** \brief  Main function of GPIO output
    

  63.  **
    

  64.  ** \param  None
    

  65.  **
    

  66.  ** \retval int32_t Return value, if needed
    

  67.  **
    

  68.  ******************************************************************************/
    

  69. int32_t main(void)
    

  70. {
    

  71.                 uint32_t i;
    

  72.         
    

  73.                 BSP_CLK_Init();
    


  74. 

  75.     DDL_PrintfInit(BSP_PRINTF_DEVICE, BSP_PRINTF_BAUDRATE, BSP_PRINTF_PortInit);
    

  76.                 
    

  77.                 TIM_Measure_Init();
    

  78.         
    

  79.                 /* Enable AES peripheral clock. */
    

  80.     PWC_Fcg0PeriphClockCmd(PWC_FCG0_PERIPH_AES, Enable);
    


  81. 

  82.     for (i = 0u; i < sizeof(m_au8Plaintext); i++)
    

  83.     {
    

  84.         m_au8Plaintext[i] = (uint8_t)(i + 1u);
    

  85.     }
    

  86.                 
    

  87.     while(1)
    

  88.     {
    

  89.                                 TIM_Measure_Start();
    

  90.                                 /* AES encryption. */
    

  91.                                 AES_Encrypt(m_au8Plaintext, sizeof(m_au8Plaintext), m_au8AesKey, m_au8Ciphertext);
    

  92.                                 TIM_Measure_Stop();
    

  93.                                 t = Get_Time();
    

  94.                                 DDL_Printf("AES_Encrypt use time: %fus\n",t*1000.0f);
    

  95.                                 
    

  96.                                 DDL_Printf("AES encryption.\n");
    

  97.                                 DDL_Printf("Plaintext:\n");
    

  98.                                 for (i = 0u; i < sizeof(m_au8Plaintext); i++)
    

  99.                                 {
    

  100.                                                 DDL_Printf("%.2x ", m_au8Plaintext[i]);
    

  101.                                 }
    

  102.                                 DDL_Printf("\n");
    

  103.                                 DDL_Printf("Ciphertext:\n");
    

  104.                                 for (i = 0u; i < sizeof(m_au8Ciphertext); i++)
    

  105.                                 {
    

  106.                                                 DDL_Printf("%.2x ", m_au8Ciphertext[i]);
    

  107.                                 }
    

  108.                                 DDL_Printf("\n\n");
    


  109. 

  110.                                 /* AES decryption. */
    

  111.                                 DDL_Printf("AES decryption.\n");
    

  112.                                 TIM_Measure_Start();
    

  113.                                 AES_Decrypt(m_au8Ciphertext, sizeof(m_au8Ciphertext), m_au8AesKey, m_au8Plaintext);
    

  114.                                 TIM_Measure_Stop();
    

  115.                                 t = Get_Time();
    

  116.                                 DDL_Printf("AES_Decrypt use time: %fus\n",t*1000.0f);
    


  117. 

  118.                                 DDL_Printf("Ciphertext:\n");
    

  119.                                 for (i = 0u; i < sizeof(m_au8Ciphertext); i++)
    

  120.                                 {
    

  121.                                                 DDL_Printf("%.2x ", m_au8Ciphertext[i]);
    

  122.                                 }
    

  123.                                 DDL_Printf("\n");
    

  124.                                 DDL_Printf("Plaintext:\n");
    

  125.                                 for (i = 0u; i < sizeof(m_au8Plaintext); i++)
    

  126.                                 {
    

  127.                                                 DDL_Printf("%.2x ", m_au8Plaintext[i]);
    

  128.                                 }
    

  129.                                 DDL_Printf("\n\n");
    

  130.                                 
    

  131.                                 while(1);
    

  132.     };
    

  133. }
    


  134. 

  135. /*******************************************************************************
    

  136.  * EOF (not truncated)
    

  137.  ******************************************************************************/

编译运行：
1.PNG
和网上的运行结果比较：
3.PNG
可以看出结果正确。至于运行时间和说明书中有差异，主要是填充数据比较耗时，实际计算不费时间。

HC32F460_AES.zip (700.99 KB, 下载次数: 5)
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kiwis66 发表于 2021-12-20 11:30 | 显示全部楼层
真好，学习了
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七毛钱 发表于 2021-12-20 11:36 来自手机 | 显示全部楼层
都是业界大佬玩的，棒
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skyred 发表于 2021-12-27 16:48 | 显示全部楼层
太高大尚了
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海滨消消 发表于 2022-1-4 11:49 来自手机 | 显示全部楼层
学习学习
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