STM32U08是带硬件AES加解密模块的，硬件加解密的最大优势就是快。

; |, ~" m% d& p

一、cube配置

首先需要在cube中开启AES模块（工程就是上一篇中创建的模板工程）

1 ^/ p1 f& R8 @3 K+ `- J

参数这一块主要关注的是加密模式（Data encryption type）、秘钥长度（KeySize）、秘钥（Encryption/Decryption key），其他参数保持默认就可以

其中加密模式支持如下

秘钥长度支持128位、256位

秘钥的值可以在cube中配置，也可以这里保持默认值，回头在代码中重新配置（当然上述的这些参数都可以通过代码再次配置，这个待会实战部分会有介绍）

6 m& L2 l0 R& {, N  q

最后点击右上角生成代码

" u9 j2 Y" K( E* I, p+ g- X

二、实战

2.1 AES时钟初始化及函数介绍

先来看一下CUBE自动生成的代码

首先是变量

1. CRYP_HandleTypeDef hcryp;
   
2. uint32_t pKeyAES[4] = {0x00000000,0x00000000,0x00000000,0x00000000};

复制代码

这边的pKeyAES就是秘钥，和之前cube中设置的一致（下面的测试中我会尝试更换秘钥）

然后就是AES模块的初始化函数

1. MX_AES_Init();

复制代码

& c5 G% V! Z; x5 ]+ F- k

# z! J' Z. P1 U- O" }

在初始化函数中可以看到，配置了各个参数，和cube中的一致。然后就是调用了初始化，秘钥、加密模式等就是在init时配置进去的，如果需要更换，那就要调用HAL_CRYP_DeInit()，修改配置参数，然后再调用HAL_CRYP_Init()（这个待会儿我也会尝试一下）

在使用加密前，需要在main函数的最一开始就开启AES的时钟

1. __HAL_RCC_AES_CLK_ENABLE();

复制代码

8 R2 R: b/ N( o1 E& v

加解密函数只提供了HAL库，对应的有三种方式：阻塞加解密、异步加解密、DMA传输的加解密

具体函数如下

1. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Encrypt(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output,
   + A( H) B, p' v
2.                                    uint32_t Timeout);
   
3. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output,
   8 ?, R" _  y1 b2 t0 R0 n& F' h0 m
4.                                    uint32_t Timeout);
   , Y" Q+ X$ t! y
5. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Encrypt_IT(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);
   
6. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt_IT(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);
   
7. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Encrypt_DMA(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);
   ! r4 h7 Z6 O# @9 v
8. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt_DMA(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);

复制代码

这里我再插一嘴，AES是需要加解密数据为16字节的倍数才可以运行，如果你的不是16字节的倍数，那么就需要做一下填充，加解密接口是不提供填充的，需要自己实现

今天我们的测试的是最基础的阻塞加解密函数

2.2 AES ECB 128bit加解密测试

我们刚才在cube中默认配置的就是AES ECB，那就可以直接进行加解密的测试

先准备一下明文和对应加密后的秘文，以及存储加解密后结果的数组。待会儿我还有尝试更改秘钥，那么这里就把自定义秘钥相关的也写上

1. /* 计算得到的秘文 */
   
2. uint32_t Computed_Ciphertext[AES_DATA_SIZE];
   
3. /* 计算得到的明文 */
   ! D/ o, w$ j  `# b  H
4. uint32_t Computed_plainText[AES_DATA_SIZE];
   / m4 V8 a9 K  H0 C. E
5. 
   ' @/ _3 _# d) U' h
6. /* 用户自定义128bit秘钥 */
   4 o" h4 |# ^0 c' o
7. uint32_t user_defined_AesKey_128bit[AES_KEY_SIZE] =
   
8. {
   
9.   0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xccddeeff
   
10. };
    9 ^3 r1 p' L, O! j
11. /* 加密前的明文 */
    . f$ E0 ]( L% `8 @; y% R
12. uint32_t AES_plainText[AES_DATA_SIZE] =
    
13. {
    
14.   0x00010203, 0x04050607, 0x08090a0b, 0x0c0d0e0f
    
15. };
    
16. 
    + _7 ?0 i# a$ r9 {* v
17. /* AES ECB使用用户自定义128bit秘钥加密后的秘文 */
    
18. uint32_t AES_ECB_Ciphertext_user_defined_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
    3 U5 u2 k8 ?7 U( Y( S" p! d9 B
19. {
    
20.   0x279FB74A, 0x7572135E, 0x8F9B8EF6, 0xD1EEE003
    
21. };
    
22. /* AES ECB使用cube默认128bit秘钥加密后的秘文 */
    ) u9 P7 s7 L7 a* F8 ^$ E$ [3 f
23. uint32_t AES_ECB_Ciphertext_cubeDefault_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
    
24. {
    
25.   0x7ACA0FD9, 0xBCD6EC7C, 0x9F974666, 0x16E6A282
    7 o& x' s$ _9 M; x, E* g
26. };

复制代码

这里创建数组时要注意，一定要是uint32_t类型的，不然和加解密接口的入参类型不一致，不要尝试使用uint8_t再忽略编译警告，别问我是咋知道的

( b8 \: p5 z: B) N

然后在加一下宏定义

1. /* AES加解密阻塞式函数超时时间 */
   
2. #define AES_TIMEOUT_VALUE 0xFF  //0xFF按以往经验应该是永不超时，但是没测试过。也不清楚小于ff的值与时间的关系。就先这么设置着再说
   
3. /* AES加解密数据的长度（byte） */
   
4. #define AES_DATA_SIZE_BYTE 16
   
5. /* AES加解密数据的长度（uint32_t） */
   
6. #define AES_DATA_SIZE (AES_DATA_SIZE_BYTE / 4)
   
7. /* AES加解密秘钥的长度（bit） */
   
8. #define AES_KEY_SIZE_BIT 128
   
9. /* AES加解密数据的长度（uint32_t） */
   ( d0 K$ L* r; ~& d8 \
10. #define AES_KEY_SIZE (AES_KEY_SIZE_BIT / 4)

复制代码

然后写一下AES ECB 128bit秘钥的加解密测试函数以及dump函数

1. void dump_data(uint32_t *pData, uint8_t Size)
   4 P  v3 d3 h7 Z# ?
2. {
   ! m; e% y0 j# }3 ^
3.   for (uint8_t i = 0; i < Size; i++)
   " s1 H3 t. u7 ^+ u; H$ d7 C
4.   {
   5 Z' U2 o$ d$ l  z) u  b0 S9 g
5.     printf("%02X ", ((*pData & 0xFF000000) >> 24));
   1 ^8 T6 v0 i% G! A4 w/ F& e1 `
6.     printf("%02X ", ((*pData & 0x00FF0000) >> 16));
   . J* \" ]( y/ V2 O% o
7.     printf("%02X ", ((*pData & 0x0000FF00) >> 8));
   
8.     printf("%02X ", ((*pData & 0x000000FF)));
   
9.     pData++;
   0 f; l# a0 Q2 \/ X' x9 `
10.   }
    
11.   printf("\r\n");
    9 e  @% v+ X- m. D% A% W
12. }
    
13. 
    
14. void AES_encrypt_test(uint32_t *plainText)
    4 r% z! A1 Z& l/ S% ?& W4 P) H
15. {
    
16.   printf("plainText = ");
    7 x+ \# B9 _+ c1 e; A, s4 A
17.   dump_data(plainText, AES_DATA_SIZE);
    8 [) e9 M* D8 f$ l$ ?0 C
18. 
    
19.   if (HAL_CRYP_Encrypt(&hcryp, plainText, AES_DATA_SIZE, Computed_Ciphertext, AES_TIMEOUT_VALUE) == HAL_OK)
    
20.   {
    
21.     printf("AES encrypt success\r\n");
    
22.     printf("Computed_Ciphertext = ");
    ! r2 U, P6 M- V% ]# @3 g
23.     dump_data(Computed_Ciphertext, AES_DATA_SIZE);
    5 s8 N6 P$ D) w2 D( E  d
24.   }
    1 Y* M8 ?! ]/ a1 M3 ^0 i
25.   else
    
26.   {
    3 w0 o# N1 p/ O2 t& A6 T
27.     printf("AES encrypt error\r\n");
    
28.     Error_Handler();
    . i+ `) N# Q7 {) j
29.   }
    
30.   printf("\r\n");
    
31. }
    1 G$ t$ x) ]; [* e) p
32. 
    
33. void AES_dencrypt_test(uint32_t *cipherText)
    : R" z& G: _9 z. u8 E, e3 [
34. {
    
35.   printf("cipherText = ");
    2 A; h4 K9 @! d2 c5 k
36.   dump_data(cipherText, AES_DATA_SIZE);
    # b: S. H2 Q8 B
37. 
    
38.   if (HAL_CRYP_Decrypt(&hcryp, cipherText, AES_DATA_SIZE, Computed_plainText, AES_TIMEOUT_VALUE) == HAL_OK)
    
39.   {
    3 M8 l7 ?3 P' G* a. F
40.     printf("AES dencrypt success\r\n");
    % h/ v# |; h( O+ r( o, G9 p& k/ t
41.     printf("Computed_plainText = ");
    8 {9 D" ?& Z7 X" ]0 O
42.     dump_data(Computed_plainText, AES_DATA_SIZE);
    / `! h7 G/ I! v
43.   }
    
44.   else
    
45.   {
    . }. H% X$ Z! Z# f3 s0 Q
46.     printf("AES dencrypt error\r\n");
    
47.     Error_Handler();
    & C+ q) J! ]2 D" L2 P( }7 q
48.   }
    
49.   printf("\r\n");
    
50. }

复制代码

2 h) U6 d0 Y  U6 H4 ]8 `6 Y+ Y

然后在main中调用

1.   printf("AES ECB use cubeDefault key 128Bit encrypt test\r\n");
   
2.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   
3.   printf("AES ECB use cubeDefault key 128Bit dencrypt test\r\n");
   
4.   AES_dencrypt_test(&AES_ECB_Ciphertext_cubeDefault_128bitKey[0]);

复制代码

编译运行一下，结果如下

和在线工具对比一下，结果一致

1 m: P; Z5 O: Y4 b/ c" Y

接下来尝试更换一下秘钥，再运行加解密

更换秘钥有2种方案，第一是直接对MX_AES_Init中的内容修改，但是因为这里是cube自动生成的，后续cube再生成一次就又变回去了。所以我选择方案二：去初始化，修改参数，再初始化。

2 v9 l2 z: o1 }. P0 g

改变秘钥函数

1. void change_key_to_user_defined_AesKey_128bit()
     V! O8 C: G* s0 K& h& J% Z
2. {
   0 e( I3 H% E0 C
3.   printf("change AES KEY to user_defined_AesKey_128bit\r\n");
   
4.   /* 先去初始化 */
   3 K& ~0 [" j3 D
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   
6.   {
   ; d1 B8 y  `% |
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   7 H! W* J% j: g4 [2 ~
8.     Error_Handler();
   / A- M: R# ^& T: V
9.   }
   1 A# y; e% r! w- m8 z- n
10. 
    
11.   /* 修改使用的秘钥 */
    
12.   hcryp.Init.pKey = (uint32_t *)user_defined_AesKey_128bit;
    1 ~6 g# u. m0 X! ?, @+ n! g
13. 
    . E: p' C5 T* [1 ^
14.   /* 再次初始化 */
    ! T& j4 u  V: @
15.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    6 U) ]& i( d% W6 ^5 E3 |
16.   {
    
17.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    , L7 C6 C2 `3 I6 s0 W  ^( P3 g
18.     Error_Handler();
    0 j3 l, c; X4 E% A& e, w9 k( u
19.   }
    
20.   printf("\r\n");
    
21. }

复制代码

. r3 }  q5 V* ?( X

然后在main中调用切换函数，并且再次进行加解密，测试一下更换秘钥是否成功

1.   change_key_to_user_defined_AesKey_128bit();
   1 A1 \: F) L% A! b! b
2. 
   ) I4 k* X( {: V- M
3.   printf("AES ECB use user defined key 128Bit encrypt test\r\n");
   
4.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   
5.   printf("AES ECB use user defined key 128Bit dencrypt test\r\n");
   
6.   AES_dencrypt_test(&AES_ECB_Ciphertext_user_defined_128bitKey[0]);

复制代码

编译下载运行效果如下

和在线工具对比一下，结果一致

: {5 ], s5 Z. ]8 B

2.2 AES CBC 128bit加解密测试

然后我们把AES模式切换至CBC模式，来进行测试

CBC相比ECB多了一个IV参数，所以我们先把IV的数组准备一下

1. /* AES CBC使用的IV */

复制代码

然后准备一下CBC加密后的结果的数组，回头给解密时使用

1. /* AES CBC使用用户自定义128bit秘钥加密后的秘文 */
   , j- ]2 a9 V5 _. B9 k
2. uint32_t AES_CBC_Ciphertext_user_defined_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
   6 O* R% r1 q2 t5 ~# S( b
3. {
   
4.   0xFCDBC004, 0xEB4CA8BB, 0x60F4C4A8, 0xC2B9E783
   
5. };

复制代码

写一下切换至CBC模式的函数

1. void change_to_aes_cbc_mode()
   
2. {
   2 T' s4 H. l8 W9 {/ b( i+ D; h0 K
3.   printf("change to AES CBC mode\r\n");
   * p5 F- V- f, ?# V
4.   /* 先去初始化 */
   ) o5 G1 l6 b$ c6 p# ?
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   ! H( q; {; H0 @
6.   {
   4 f# d2 N0 M! G$ K! v7 f) X# _
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   
8.     Error_Handler();
   
9.   }
   " L5 b7 r' Q- U; }8 f
10. 
    
11.   /* 修改为CBC模式 */
    6 `, B' L2 w6 f( Z
12.   hcryp.Init.Algorithm = CRYP_AES_CBC;
    
13.   /* 设置IV */
    
14.   hcryp.Init.pInitVect  = AES_CBC_IV;
    
15. 
    
16.   /* 再次初始化 */
    
17.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    4 X4 H# m  W: T7 c- O2 O7 t# i& C0 r
18.   {
    
19.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    9 [9 k1 p% _: z7 N9 k+ S
20.     Error_Handler();
    
21.   }
    
22.   printf("\r\n");
    
23. }

复制代码

在main中调用切换函数，然后进行CBC加解密测试

1.   change_to_aes_cbc_mode();
   
2. 
   
3.   printf("AES CBC use user defined key 128Bit encrypt test\r\n");
   ( X" Q( P1 i2 x1 I. `  g
4.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   2 H# X5 x: r) I( |! G
5.   printf("AES CBC use user defined key 128Bit dencrypt test\r\n");
   
6.   AES_dencrypt_test(&AES_CBC_Ciphertext_user_defined_128bitKey[0]);

复制代码

编译下载，结果如下

和在线工具对比一下，结果一致

三、总结

今天的测试非常成功，都与在线工具结果一致。AES其实还有很多东西，例如使用256bit秘钥、CTR、GCM_GMAC、CCM加解密方式等，由于时间关系我就不一一进行测试了，基本上与就今天的改变秘钥、改变加密方式大同小异，大家可以自行研究。

* p0 o, i; B; A$ t  J* S本次工程代码： STM32U0_AES_test.rar (5.21 MB, 下载次数: 5)

2024-5-10 22:54 上传

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赞，用心了

好详细啊👍