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。

6 z5 S5 c' S" j3 @  e

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 @# h% n1 q6 ?" ~+ Q* u

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）

1 Q/ B0 S/ R2 \5 B

最后点击右上角生成代码

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

3 x: J% q& s( w3 A2 x' g% \

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）

! S- i1 I* {. u/ T

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

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,
   
2.                                    uint32_t Timeout);
   
3. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output,
   
4.                                    uint32_t Timeout);
   6 ^' C5 L2 S* _. T6 a# ~
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);
   ( M1 b" U9 |1 y
8. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt_DMA(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);

复制代码

; M5 q/ W- A3 J0 a. k

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

; f- N2 X/ @$ U. S, [, ~, m

今天我们的测试的是最基础的阻塞加解密函数

: ]- k* B" w. E/ W5 r- V7 X

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 */
   & i3 s3 ]7 I# \! ]8 n! F1 e  s
2. uint32_t Computed_Ciphertext[AES_DATA_SIZE];
   5 m3 p  _- |& Q; f1 b4 ~# V" g6 ?
3. /* 计算得到的明文 */
   
4. uint32_t Computed_plainText[AES_DATA_SIZE];
   & P! D1 i+ Z6 X1 h; a
5. 
   
6. /* 用户自定义128bit秘钥 */
   
7. uint32_t user_defined_AesKey_128bit[AES_KEY_SIZE] =
   0 y& l' q: D; \+ ^; r
8. {
   ' j! c. ?1 J7 P1 h0 h4 G
9.   0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xccddeeff
   ) r6 M  c4 X0 A. _" {6 v
10. };
    
11. /* 加密前的明文 */
    ; S- ~" {2 p8 m* t( _: O( I, T) p
12. uint32_t AES_plainText[AES_DATA_SIZE] =
    
13. {
    9 I( J% \$ u  R4 Q
14.   0x00010203, 0x04050607, 0x08090a0b, 0x0c0d0e0f
    
15. };
    $ {) f' T/ p% K1 a' b* D* \
16. 
    ' P* a( W; Q9 R+ B" _" g! [* S! o
17. /* AES ECB使用用户自定义128bit秘钥加密后的秘文 */
    ) ~& z/ f$ Q) d$ b/ S
18. uint32_t AES_ECB_Ciphertext_user_defined_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
    
19. {
    
20.   0x279FB74A, 0x7572135E, 0x8F9B8EF6, 0xD1EEE003
    ' z# g) @, X1 q6 y3 ?% \4 E, A
21. };
      H! o' b& ^6 ?: W! _
22. /* AES ECB使用cube默认128bit秘钥加密后的秘文 */
    2 u1 e9 J5 s$ f$ S5 \
23. uint32_t AES_ECB_Ciphertext_cubeDefault_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
    ; W1 v, o6 D/ A& \0 |
24. {
    4 V' ~( ^4 x: I" e
25.   0x7ACA0FD9, 0xBCD6EC7C, 0x9F974666, 0x16E6A282
    
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

然后在加一下宏定义

1. /* AES加解密阻塞式函数超时时间 */
   + a8 l7 }0 h' @
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 P0 U" q' j, L3 w* {! A
4. #define AES_DATA_SIZE_BYTE 16
   / B9 p9 Z9 x& c
5. /* AES加解密数据的长度（uint32_t） */
   * w+ c& o; Q% V  x- j) Q
6. #define AES_DATA_SIZE (AES_DATA_SIZE_BYTE / 4)
   
7. /* AES加解密秘钥的长度（bit） */
   / s6 O6 O, @4 Y; }/ G0 Y
8. #define AES_KEY_SIZE_BIT 128
     w% o; d: F! F* v# c% o
9. /* AES加解密数据的长度（uint32_t） */
   & K% J& w8 w  z  l
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)
   " g) O. B6 Z2 S' W0 `
2. {
   
3.   for (uint8_t i = 0; i < Size; i++)
   
4.   {
   & a- [5 w4 }; U+ J* Q
5.     printf("%02X ", ((*pData & 0xFF000000) >> 24));
   9 q( ?4 H! B/ N0 s0 K; }) l0 q$ ?
6.     printf("%02X ", ((*pData & 0x00FF0000) >> 16));
   
7.     printf("%02X ", ((*pData & 0x0000FF00) >> 8));
   ' k# s) c7 I9 n) B
8.     printf("%02X ", ((*pData & 0x000000FF)));
   
9.     pData++;
   7 y- ]1 D& Z5 U  {( _7 |% [2 h
10.   }
    : q8 c/ R4 ]6 F7 A- E
11.   printf("\r\n");
    ) t6 o7 k  ^; o  D) \$ _
12. }
    
13. 
    
14. void AES_encrypt_test(uint32_t *plainText)
    
15. {
    
16.   printf("plainText = ");
    + n1 T6 b# R* Y/ R
17.   dump_data(plainText, AES_DATA_SIZE);
    4 \  l0 Y, G+ A* W: l
18. 
    
19.   if (HAL_CRYP_Encrypt(&hcryp, plainText, AES_DATA_SIZE, Computed_Ciphertext, AES_TIMEOUT_VALUE) == HAL_OK)
    , ^7 D; H, H& S$ K* \
20.   {
    - b! h! l# W$ j# s/ X
21.     printf("AES encrypt success\r\n");
    ! f( A% A& d9 Y2 [' z: a; f  w
22.     printf("Computed_Ciphertext = ");
    + F" @6 l* A8 m; [  i& L
23.     dump_data(Computed_Ciphertext, AES_DATA_SIZE);
    
24.   }
    
25.   else
    
26.   {
    
27.     printf("AES encrypt error\r\n");
    
28.     Error_Handler();
    
29.   }
    
30.   printf("\r\n");
    % Z) o0 |  a; c- O! L1 K2 ~
31. }
    
32. 
    ! b+ a4 x' s  s! x3 |' w
33. void AES_dencrypt_test(uint32_t *cipherText)
    * _( \1 B5 A, m
34. {
    ! }8 {/ v' b* K; J' c8 [4 ]
35.   printf("cipherText = ");
    
36.   dump_data(cipherText, AES_DATA_SIZE);
    
37. 
    : W# [% T5 L' r3 e6 p
38.   if (HAL_CRYP_Decrypt(&hcryp, cipherText, AES_DATA_SIZE, Computed_plainText, AES_TIMEOUT_VALUE) == HAL_OK)
    
39.   {
    
40.     printf("AES dencrypt success\r\n");
    
41.     printf("Computed_plainText = ");
    
42.     dump_data(Computed_plainText, AES_DATA_SIZE);
    7 b1 [- g, }' B( V
43.   }
    2 n2 Y. t) y' U: Y
44.   else
    
45.   {
    ! D/ J" `, A7 z6 U; d6 F0 d
46.     printf("AES dencrypt error\r\n");
    + t9 }# B3 X6 a) ?: v, t; J
47.     Error_Handler();
    - Z; A$ z& C) C' O( _0 N. w' l
48.   }
    
49.   printf("\r\n");
    
50. }

复制代码

4 h' H- b0 ]( ?* e+ g

然后在main中调用

1.   printf("AES ECB use cubeDefault key 128Bit encrypt test\r\n");
   ( [; H) _5 q) @1 C9 ?1 p
2.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   ; ]( h) X; m! D' O0 [6 m
3.   printf("AES ECB use cubeDefault key 128Bit dencrypt test\r\n");
   : U+ r  V+ u! G, P: s5 G6 f& Y
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

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。

) b. z: S3 X5 a2 e

改变秘钥函数

1. void change_key_to_user_defined_AesKey_128bit()
   
2. {
   
3.   printf("change AES KEY to user_defined_AesKey_128bit\r\n");
   ( Y+ H$ P  h$ E: K5 T: }8 g
4.   /* 先去初始化 */
   / [! r. `$ n) F( x9 U7 L+ V
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   ) U5 l" V. `" F8 O4 J4 Y8 M0 C
6.   {
   
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   
8.     Error_Handler();
   
9.   }
   ! x4 p$ r2 m+ F
10. 
    
11.   /* 修改使用的秘钥 */
    
12.   hcryp.Init.pKey = (uint32_t *)user_defined_AesKey_128bit;
    
13. 
    
14.   /* 再次初始化 */
    1 |% D, o+ h9 C$ @1 I
15.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    6 e4 s( o- Y# [2 b2 |' N" B
16.   {
    + A7 Z, V& F( h" _+ g/ e: B
17.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    7 A8 y2 l! m, t2 _" i% S% k$ q
18.     Error_Handler();
    
19.   }
    
20.   printf("\r\n");
    # U! o( @. y. {$ b) J/ y. T
21. }

复制代码

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();
   
2. 
   & S* S* \+ _8 @5 D- l
3.   printf("AES ECB use user defined key 128Bit encrypt test\r\n");
   
4.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   ' {' z) L- j; p
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

# o0 I5 O! F% s/ y7 U

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 */
   
2. uint32_t AES_CBC_Ciphertext_user_defined_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
   
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()
   - p) O+ r3 `8 D: m
2. {
   
3.   printf("change to AES CBC mode\r\n");
   
4.   /* 先去初始化 */
   
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   0 A: e* q  f+ \- a; x' z
6.   {
   
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   3 x- Y, W# P6 C$ ?
8.     Error_Handler();
   + y0 C- e/ w0 l) \: A
9.   }
   
10. 
    " ?9 o# \# R- N$ G/ I# ~2 x
11.   /* 修改为CBC模式 */
    
12.   hcryp.Init.Algorithm = CRYP_AES_CBC;
    / E" l& N6 w+ I) v8 S
13.   /* 设置IV */
    , T. ]) r; c  C+ R
14.   hcryp.Init.pInitVect  = AES_CBC_IV;
    + a$ W" r$ w) p1 E- w. k
15. 
    + i3 N- ]/ h( R1 Q
16.   /* 再次初始化 */
    
17.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    , h$ u. E% C$ h* _7 \
18.   {
    ( l, R8 z* U- j, y/ T$ z. z) h
19.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    
20.     Error_Handler();
    
21.   }
    $ _: r, w7 N; z6 Q6 V6 M
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");
   7 Q6 m! S2 a7 r4 [5 e
4.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   
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。

/ C! c* W3 m' a: l- d' D本次工程代码： STM32U0_AES_test.rar (5.21 MB, 下载次数: 1)

2024-5-10 22:54 上传

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赞，用心了

好详细啊👍