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STMCU小助手
发布时间：2021-9-7 16:48
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! f$ u X. J3 {8 ]1 ^9 @1 u  引言 ) V7 d6 \: f( f X-CUBE-CRYPTOLIB 是基于 STM32 的 Crypto 算法库，支持对称密钥、非对称密钥、哈希等多种算法。正确地使用 Cyrptolib 算法库，可以在应用程序中实现数据加密、设备身份认证、加密通信等多种应用层所需的安全功能。相反，若不能正确地使用算法库往往会带来加解密数据错误等系列问题。) m( z* x, S7 R- s9 ~4 c' C+ _ ; E c' W, e! N# M/ L6 A, f ) D! e/ Y U* f5 |, Y/ e 关于 STM32 Crypto 算法库应用中的常见的问题之一就是应用程序没有使能 MCU 的CRC 模块，尽管输出的数据和期望值不同，但加解密函数的调用并未返回异常。本文在此描述另外一种没有正确使用算法库的情况。 问题描述 客户应用项目中需要在固件更新过程中对固件进行加密并验证，根据推荐采用了 AES- GCM 算法完成该任务。下载的固件通过 AES-GCM 进行加密，并带 TAG 可以用于验证固件来源的合法性。在项目的代码中使用 X-Cube-Cryptolib 进行 AES-GCM 运算。上位机使用 cryptopp820 加密库对固件目标 bin 文件进行加密，然后在 MCU 上通过X-Cube- Cryptolib 加密库进行 AES-GCM128 解密，解密数据没有问题，但是 TAG 数据总是无法校验通过。" ]: c1 w3 P9 U- N* e" u 问题分析与定位 6 `# ]- r$ Y6 @/ R, f 正常情况下，当调用 AES_GCM_Decrypt_Finish(P_pAESGCMctx, NULL, P_pOutputSize);执行后，AESctx.mFlags 结果会提示是否通过校验。如果校验成功，该值应该等于 0x22，而运行结果中看到的却是 0x12。 确认库函数使用方法+ {$ Q0 E. e; q2 X) y" `, G 将调用 AES-GCM 功能的代码放在 X-Cube-Cryptolib 中一个简单的测试程序的环境进行测试，查看是否有该问题，结果发现测试程序中 AES-GCM 校验是可以成功的，但是集成到客户应用中时就无法成功。那我们接下来重点研究应用程序环境。 应用程序环境, c! F3 C4 g% A- V5 g 应用程序使用了 FreeRTOS，基于 IAR 编译环境。7 P( L7 l2 L# W : B3 }4 }; J9 ?7 D 查看库文件的使用 确认使用了正确的库文件。% ^, ?/ ?3 u1 v/ Z- W $ W- p c2 U/ V6 D+ G$ ~ 确认是否存在多线程访问 AES-GCM 的函数会在几个线程中调用，而且确认不会出现同时调用的情况，不存在 raise condition 的问题。 查看内存使用情况 Z6 u. `0 H5 \+ s* j 最初怀疑是否因为任务栈溢出造成，于是查看内存使用情况。2 ^% Q- e( }, \" D8 { IAR stack size: 0x4800 IAR heap size: 0x40003 q. t+ G7 ^, }9 [/ B FreeRTOS heap size: 85KB 执行AES 运算的线程 stack size: 2560B- }6 G, v+ b1 R2 x: [' x6 D # A1 m( z; @1 R- f 通过 FreeRTOS 的 uxTaskGetStackHighWaterMark() 函数查看该线程还有 500 字节左右剩余空间。 / F! H6 W2 Y9 T; ^$ y0 [ AESGCMctx_stt 结构的大小有 2360 字节，AES-GCM 加解密函数需要的 stack 大小大概在 450 字节左右，但是应用代码中将该变量定义为全局变量，以便可以在几个不同的线程中使用，这样可以确认线程栈大小没有问题，不存在 stack overflow 的问题。 查看生成代码的.map 文件% L0 k7 H; t/ O 通过比较，所有 cryptolib 中的 symbol 在 map 中的大小都正常，唯一有问题的是 AESGCMctx_stt 结构变量的大小。 应用代码.map：AESctx 0x2002f1f4 0x8f8 Data Gb AES_GCM_Decrypt.o [1] 正常测试代码 .map：AESctx 0x20002e64 0x938 Data Gb AES_GCM.o [1] 验证不过的问题应该和这个结构的数据有直接关系，接下来研究是什么造成了这个不同。4 D$ I+ U5 w- `% {7 `/ @ 查看项目使用的 crypto 库头文件3 a" e; j7 u* G n/ H* O, I: k+ ~ 经检查，INCLUDE_AES192 和 INCLUDE_AES256 两个宏定义在 config.h 的定义中被注释掉，这将导致 aes_gcm.h 中 AESGCMctx_stt 数据结构的成员变量 uint32_t amExpKey[CRL_AES_MAX_EXPKEY_SIZE];的大小发生变化，因为CRL_AES_MAX_EXPKEY_SIZE 的定义根据INCLUDE_AES128/192/256 是否定义会有所不同。' G! d/ J8 y1 _; W! W ! h, ? s* q7 N, e( \0 ]& Y& l 0 r# o" n( R- _" E. K2 d //#define INCLUDE_DES ((uint16_t)0x0001) /*!< DES functions are included in the library. */ u- e- _0 ?4 v6 q" @% ^: j //#define INCLUDE_TDES ((uint16_t)0x0002) /*!< TripleDES (TDES) functions are included in the library. */ #define INCLUDE_AES128 ((uint16_t)0x0004) /*!< AES functions with key size of 128 bit are included in the library. */ //#define INCLUDE_AES192 ((uint16_t)0x0008) /*!< AES functions with key size of 192 bit are included in the library. */ //#define INCLUDE_AES256 ((uint16_t)0x0010) /*!< AES functions with key size of 256 bit are included in the library. */ //#define INCLUDE_ARC4 ((uint16_t)0x0020) /*!< ARC4 functions are included in the library. */# t* ]6 K$ L- A/ j+ d6 c //#define INCLUDE_CHACHA ((uint16_t)0x0040) /*!< ChaCha functions are included in the library. */& @! ]( E8 ?4 S7 _4 |3 { //#define INCLUDE_CHACHA20POLY1305 ((uint16_t)0x0080) /*!< oly1305- AES functions are included in the library */ 问题解决 " q7 D+ D, ]. @9 Q% k/ n 将 config.h 里面被注释掉的两行定义打开，重新编译，此时 TAG 验证能够正常通过。" | ^. S: u/ y% N8 u/ ~ #define INCLUDE_AES128 ((uint16_t)0x0004) /*!< AES functions with key size of 128 bit are included in the library. */ #define INCLUDE_AES192 ((uint16_t)0x0008) /*!< AES functions with key size of 192 bit are included in the library. */+ Q! p* V! ]; W6 b/ Y #define INCLUDE_AES256 ((uint16_t)0x0010) /*!< AES functions with key size of 256 bit are included in the library. */' L; x# u1 e& f. t 小结 简言之，如果使用 X-Cube-Cryptolib 库的话，作为用户就不要改动 config.h 的内容， 不可想当然地自行调整配置。其实，库是预先编译好了的，所有的功能都已经包含，只是链接的时候根据用户使用到的函数去链接最终的目标文件。这个客户就是按照以为关闭某些配置可以节省代码空间的想法，贸然注释掉了他以为自己不需要的功能，造成数据结构大小发生变化等，影响加密库的正常使用。) N- K7 }* d) I$ p; P" f0 V % n( ]: }0 P! I+ H8 Q |
