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。

. k8 @; T+ ^; e& G( b

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）

, L5 A' w$ ?$ b4 B: h! z

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）

最后点击右上角生成代码

' Q; s! b8 b! |8 d. S! p5 _! E

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;
   ! g" L2 m3 [, ~4 _& R; s
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

) L# i+ K) L7 O

7 P0 m! J/ F0 ~, e2 K

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

: t3 k' v. B, }6 @% R

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,
     R. h  K4 b& K" k* I0 \
2.                                    uint32_t Timeout);
   " ^0 z) `- r  ?7 u& a6 n# i& d. I
3. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output,
   5 G3 R) ?" D8 _
4.                                    uint32_t Timeout);
   . N# q8 q9 X' G5 \
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);
   8 y. Y1 g3 x1 }6 h4 D1 b1 a
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

) t: g, g. j- _- _

今天我们的测试的是最基础的阻塞加解密函数

2 e: z$ C2 g7 X$ O* C0 P% Z

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 */
   8 s" o/ I, k8 f0 Q& m. n1 e( U1 E( d# o
2. uint32_t Computed_Ciphertext[AES_DATA_SIZE];
   0 J: P2 R# Z! \# t
3. /* 计算得到的明文 */
   
4. uint32_t Computed_plainText[AES_DATA_SIZE];
   
5. 
     y% `. u6 G& Y$ ~, A0 B
6. /* 用户自定义128bit秘钥 */
   ! e. A( y  Z$ d& J, I, F' {& q
7. uint32_t user_defined_AesKey_128bit[AES_KEY_SIZE] =
   ! A/ ?; K2 ~6 c9 V4 m
8. {
   
9.   0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xccddeeff
   
10. };
    
11. /* 加密前的明文 */
    
12. uint32_t AES_plainText[AES_DATA_SIZE] =
    , }! v2 t, m# w' K6 w" _
13. {
    5 H* X" A! D4 j
14.   0x00010203, 0x04050607, 0x08090a0b, 0x0c0d0e0f
    
15. };
    
16. 
    0 ^1 K  h6 f' T0 N. D8 q5 [& u
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] =
    6 H+ {; o/ _; X6 ~2 _% L% f
19. {
    ! e* ]2 j3 ]0 O1 v" y) g8 k* `
20.   0x279FB74A, 0x7572135E, 0x8F9B8EF6, 0xD1EEE003
    5 q6 U1 Y0 X/ G5 A# s/ s
21. };
    
22. /* AES ECB使用cube默认128bit秘钥加密后的秘文 */
    5 d- ^+ A. `5 Y  t
23. uint32_t AES_ECB_Ciphertext_cubeDefault_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
    + B* ^4 X# G6 j
24. {
    
25.   0x7ACA0FD9, 0xBCD6EC7C, 0x9F974666, 0x16E6A282
    2 e% P6 j( @# P7 N5 w3 B% z
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

4 G! J( ?4 H, {: j

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
   " M3 F9 q: l9 G$ a1 H
5. /* AES加解密数据的长度（uint32_t） */
   1 O2 }! S( L3 o; c* P$ C6 U
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
   " c; u' N! n2 S2 }( P3 H  f
9. /* AES加解密数据的长度（uint32_t） */
   0 C" v9 E+ ]) S' ]4 }' z$ d
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)
   
2. {
   # c, T4 u0 v: j0 _8 {
3.   for (uint8_t i = 0; i < Size; i++)
   % X4 ?; @: l, {9 n9 E. D9 t% B% s
4.   {
   
5.     printf("%02X ", ((*pData & 0xFF000000) >> 24));
   
6.     printf("%02X ", ((*pData & 0x00FF0000) >> 16));
   ) n, [$ P9 Z% W( p5 G) M) [
7.     printf("%02X ", ((*pData & 0x0000FF00) >> 8));
   - v& J) p/ h+ n7 J. i4 B: {; C
8.     printf("%02X ", ((*pData & 0x000000FF)));
   
9.     pData++;
   * x/ f, S3 v' _' u! s
10.   }
    ) t9 r# P7 {) c/ l0 Y
11.   printf("\r\n");
    - y: U3 }* W. T" {5 n2 {( H5 ]
12. }
    
13. 
    
14. void AES_encrypt_test(uint32_t *plainText)
    
15. {
    
16.   printf("plainText = ");
    6 C$ R3 ^8 b( ^4 B" o5 E7 R3 n
17.   dump_data(plainText, AES_DATA_SIZE);
    
18. 
    
19.   if (HAL_CRYP_Encrypt(&hcryp, plainText, AES_DATA_SIZE, Computed_Ciphertext, AES_TIMEOUT_VALUE) == HAL_OK)
    
20.   {
    ) W% y" X, i/ H* D* ?  {
21.     printf("AES encrypt success\r\n");
    / D* Y% f1 L; u/ r; A
22.     printf("Computed_Ciphertext = ");
    0 \6 A, V" R; `/ T, @+ }6 U
23.     dump_data(Computed_Ciphertext, AES_DATA_SIZE);
    : W" g/ U# d# p- F0 J
24.   }
    ' ?& z# D7 b% }7 l1 B, h% _
25.   else
    
26.   {
    # W8 ]5 H; `4 {# @: K
27.     printf("AES encrypt error\r\n");
    
28.     Error_Handler();
    
29.   }
    
30.   printf("\r\n");
    ( G- U9 _& F) d' n2 d) [
31. }
    
32. 
    
33. void AES_dencrypt_test(uint32_t *cipherText)
    7 R8 ?$ E+ J2 t
34. {
    
35.   printf("cipherText = ");
    + Z' r7 Y& e4 b2 c
36.   dump_data(cipherText, AES_DATA_SIZE);
    
37. 
    
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");
    ) w5 Q& J2 t2 t# Z; Q, z5 g
41.     printf("Computed_plainText = ");
    1 n8 z0 v' f, x# g, j
42.     dump_data(Computed_plainText, AES_DATA_SIZE);
    
43.   }
    / a5 k+ u# _7 A$ n, {
44.   else
    * p6 O. P- \. P7 T
45.   {
    * X/ j% W( F! q  j9 _& U
46.     printf("AES dencrypt error\r\n");
    
47.     Error_Handler();
    9 K7 m- P( p9 J/ A! A3 d4 {
48.   }
    
49.   printf("\r\n");
    
50. }

复制代码

- V% @7 h; J5 ~$ j4 a

然后在main中调用

1.   printf("AES ECB use cubeDefault key 128Bit encrypt test\r\n");
   ( R) X6 t8 e& A% D" u. {) O
2.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   
3.   printf("AES ECB use cubeDefault key 128Bit dencrypt test\r\n");
   * B9 k% d2 {$ z- Y# s! ]
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

+ {7 V6 d$ E6 t2 ]4 Z' g

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。

( A" B1 s% g. l" o

改变秘钥函数

1. void change_key_to_user_defined_AesKey_128bit()
   ! J1 G3 j* x- e' _9 T' }
2. {
   
3.   printf("change AES KEY to user_defined_AesKey_128bit\r\n");
   ; z4 e+ Y3 Z( X1 k+ c
4.   /* 先去初始化 */
   
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   
6.   {
   
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   3 z  z; t6 f  E1 O5 m$ K' E
8.     Error_Handler();
   
9.   }
   
10. 
    
11.   /* 修改使用的秘钥 */
    
12.   hcryp.Init.pKey = (uint32_t *)user_defined_AesKey_128bit;
    * L" J. w; j5 H
13. 
    
14.   /* 再次初始化 */
    9 H' @- |, L2 j# f2 E
15.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    & Y" q6 r/ Q2 N; S& J
16.   {
    
17.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    
18.     Error_Handler();
    " d6 j7 `& K- X' ?) m' m
19.   }
    3 K( _1 h  q! t$ D9 p
20.   printf("\r\n");
    
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. 
   
3.   printf("AES ECB use user defined key 128Bit encrypt test\r\n");
   . Y+ b5 u$ ?1 q1 n8 ~
4.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   * l% J& |( V( j$ e" d0 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

! K2 D' |: K1 Q$ o2 ]3 H5 X

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] =
   $ i7 E  U# e: l8 `+ H* H
3. {
   % i. y0 I2 n' J
4.   0xFCDBC004, 0xEB4CA8BB, 0x60F4C4A8, 0xC2B9E783
   + {( N' J) b$ A) E- \
5. };

复制代码

写一下切换至CBC模式的函数

1. void change_to_aes_cbc_mode()
     V  ?  M  S, {, O8 s1 q
2. {
   
3.   printf("change to AES CBC mode\r\n");
   1 ?& b" L$ ~6 n& [
4.   /* 先去初始化 */
   ( O, T+ W8 B1 m  c
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   
6.   {
   8 F3 F- [6 a  n  Q+ h1 U
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   : c6 F# y) ?7 ]- J! }9 k! A9 }4 w
8.     Error_Handler();
   & r& X' s% w3 m% I8 V' s4 @
9.   }
   ) `/ B/ ], l( n$ b5 l& P, n
10. 
    # j7 W# ]7 V5 J, l' f
11.   /* 修改为CBC模式 */
    5 d, w) e$ {! U1 Z% X4 l
12.   hcryp.Init.Algorithm = CRYP_AES_CBC;
    2 U6 F' k5 b3 i
13.   /* 设置IV */
    7 Y3 k6 z! J- h. ^% x6 {- O
14.   hcryp.Init.pInitVect  = AES_CBC_IV;
    7 c: `7 i- d" G1 z3 f7 w
15. 
    
16.   /* 再次初始化 */
    
17.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    
18.   {
    
19.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    : O2 t/ q9 B3 \( V
20.     Error_Handler();
    9 e: e) m, `" L
21.   }
      S- I" l0 y6 {6 O- v7 A9 U  K
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();
   3 t8 U1 E$ l! g; Z6 ~3 w; [
2. 
   
3.   printf("AES CBC use user defined key 128Bit encrypt test\r\n");
   
4.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   . A9 Z; w, r9 g7 C0 R
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。

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
  E5 u& q" @( A, u0 `; T8 a8 I7 p

好详细啊👍