【NUCLEO-H533RE开发板测评】06 AES-GCM/CBC测试

怀揣少年梦

【NUCLEO-H533RE开发板测评】06 AES-GCM/CBC测试 [复制链接]

这次测评就进行AES加解密测试，本人对AES不是很了解，本次主要是分享使用STM32 HAL库进行AES-GCM/AES-CBC加解密过程。

一、AES是什么？

AES（英语全称：Advanced Encryption Standard，中文名称：高级加密标准），是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准，现在成为对称密钥加密中最流行的算法之一。（以上信息来源于网络）

二、AES原理

AES加密流程：图来源于网络

 

三、加密模式

AES的加密模式有以下几种

• 电子密码本：Electronic Code Book Mode (ECB) 
• 密码分组链接：Cipher Block Chaining Mode (CBC)
• 密文反馈：Cipher Feedback Mode (CFB)
• 输出反馈：Output Feedback Mode (OFB)
• 计数器模式：Counter Mode (CTR)
• 填充密码分组链接：Propagating Cipher Block Chaining Mode（PCBC）

ECB模式和CBC模式是最常用的两种模式，其他的模式稍作了解即可。 需要块对对齐（填充）的AES加密模式：ECB、CBC、PCBC，其余模式无需块对齐。 需要初始向量的AES加密模式：除ECB模式外，都需要初始向量。

简单介绍一下CBC模式和GCM模式；

1）CBC模式

CBC模式对于每个待加密的密码块，在加密前会先与前一个密码块的密文异或然后再用加密器加密（图中的圆圈十字符号表示异或操作，下同）。第一个明文块与一个叫初始化向量的数据块异或。加、解密双方共同知晓密钥和初始化向量才能实现加解密。

2）GCM模式

GCM ( Galois/Counter Mode) 指的是该对称加密采用Counter模式，并带有GMAC消息认证码

优点：安全性比ECB模式高；是SSL的标准。

缺点：数据块之间的加密有依赖关系，因此不能并行计算

四、程序编写

1、AES-GCM模式

1）CubeMx配置

 

2）主函数

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_AES_Init();
  MX_ICACHE_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
        
         /* USER CODE BEGIN 2 */
  /*##-2- Encryption Phase #################################################*/
        
	printf("\r\nEncryption Phase #################################################\r\n");
	printf("Encrypt start...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
  if (HAL_CRYP_Encrypt(&hcryp, Plaintext, PLAINTEXT_SIZE, EncryptedText, TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
	printf("Encrypt finished...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
  /*Compare results with expected buffer*/
        
	printf("Encrypted data\r\n");
	for(int i=0;i < PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",EncryptedText[i]);
	}
	printf("\r\nexpected cipher text\r\n");
        
	for(int i=0;i<PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",Ciphertext[i]);
	}
	printf("\r\n");
  if(memcmp(EncryptedText, Ciphertext, 4*PLAINTEXT_SIZE) != 0)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
  /* Compute the authentication TAG */
  if (HAL_CRYPEx_AESGCM_GenerateAuthTAG(&hcryp,TAG, TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
        
	printf("authentication TAG\r\n");
	for(int i=0;i<4;i++){
					printf("0x%08X,",TAG[i]);
	}
  /*Compare results with expected buffer*/
  if(memcmp(TAG, ExpectedTAG, 16) != 0)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
	printf("\r\nExpected TAG:\r\n");
	for(int i=0;i<4;i++){
					printf("0x%08X,",ExpectedTAG[i]);
	}
        
 /*##-3- Decryption Phase #################################################*/
	printf("\r\nDecryption Phase #################################################\r\n");

	printf("Decrypt start...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
  if (HAL_CRYP_Decrypt(&hcryp,Ciphertext , PLAINTEXT_SIZE, DecryptedText, TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
	
	printf("Decrypt finished...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
	for(int i=0;i<PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",DecryptedText[i]);
	}
        
  /*Compare results with expected buffer*/
  if(memcmp(DecryptedText, Plaintext, 16) != 0)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }

	printf("\r\n");
	for(int i=0;i<PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",Plaintext[i]);
	}
	printf("\r\n");
  /* Compute the authentication TAG */
  if (HAL_CRYPEx_AESGCM_GenerateAuthTAG(&hcryp,TAG, TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
        
	printf("authentication TAG\r\n");
	for(int i=0;i<4;i++){
					printf("0x%08X,",TAG[i]);
	}
	printf("\r\n");        
  /*Compare results with expected buffer*/
  if(memcmp(TAG, ExpectedTAG, 16) != 0)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
	printf("Expected TAG\r\n");
	for(int i=0;i<4;i++){
					printf("0x%08X,",ExpectedTAG[i]);
	}
	printf("\r\n");        
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

3）验证

a、工具验证

 

b、串口打印

 

2、AES-CBC模式

1）CubeMx配置

 

2）主函数

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_AES_Init();
  MX_ICACHE_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	printf("\r\nCBC Encryption Phase #################################################\r\n");
	printf("Encrypt start...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
  if (HAL_CRYP_Encrypt(&hcryp, Plaintext, PLAINTEXT_SIZE, EncryptedText, TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
	printf("Encrypt finished...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
  /*Compare results with expected buffer*/
        
	printf("Encrypted data\r\n");
	for(int i=0;i < PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",EncryptedText[i]);
	}
	printf("\r\nexpected cipher text\r\n");
        
	for(int i=0;i<PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",Ciphertext[i]);
	}
	printf("\r\n");
  if(memcmp(EncryptedText, Ciphertext, 4*PLAINTEXT_SIZE) != 0)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }

	printf("\r\nCBC Decryption Phase #################################################\r\n");

	printf("Decrypt start...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
  if (HAL_CRYP_Decrypt(&hcryp,Ciphertext , PLAINTEXT_SIZE, DecryptedText, TIMEOUT_VALUE) != HAL_OK)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }
	
	printf("Decrypt finished...[uwTick=%d]\r\n",uwTick);
	for(int i=0;i<PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",DecryptedText[i]);
	}
        
  /*Compare results with expected buffer*/
  if(memcmp(DecryptedText, Plaintext, 16) != 0)
  {
    /* Processing Error */
    Error_Handler();
  }

	printf("\r\n");
	for(int i=0;i<PLAINTEXT_SIZE;i++){
					printf("0x%08X,",Plaintext[i]);
	}
	printf("\r\n");

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

3）验证

a、工具验证

 

b、串口打印

 

整体来看，加密和解密耗时2ms；加密速度还是挺快的。

五、参考资料：

AES加密 — 详解-CSDN博客

什么是 AES-GCM加密算法_aes gcm-CSDN博客

在线验证工具：

在线AES加密工具 - 在线工具网 (hiofd.com)

工程代码：

1、AES-GCM

20240813235116119.zip (1.64 MB, 下载次数: 1)

2024-8-13 23:51 上传

点击文件名下载附件

2、AES-CBC

2024081323512860.zip (1.61 MB, 下载次数: 1)

2024-8-13 23:51 上传

点击文件名下载附件

秦天qintian0303

这几次的测试都很注重安全啊，基本上都要求做加解密的测试

怀揣少年梦

秦天qintian0303 发表于 2024-8-14 09:29 这几次的测试都很注重安全啊，基本上都要求做加解密的测试

应该是ST看中安全方面的应用