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。

2 p4 H2 w7 \' m* I7 p& b6 m" z

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）

( Q; u9 U1 a+ y( N; X

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

6 v) N, C0 l( 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;
   
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

, T3 z& F- F7 t- I) s- m

0 F5 y% S& Y; P3 F% m

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

) h3 k$ U& i& |2 l( D: ~

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,
   % Z4 l9 Q1 t7 S% @" W
2.                                    uint32_t Timeout);
   
3. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output,
   ! n1 y. R" x/ \- ]
4.                                    uint32_t Timeout);
   - j) V6 X+ b. k8 U( Y
5. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Encrypt_IT(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);
   : b  t4 K2 C+ n. a7 B$ D) f5 F
6. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt_IT(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);
   / m  r0 c. T" D9 D9 ]' L; z9 c7 _
7. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Encrypt_DMA(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);
   # q6 Y6 Y6 f5 f0 Z5 D
8. HAL_StatusTypeDef HAL_CRYP_Decrypt_DMA(CRYP_HandleTypeDef *hcryp, uint32_t *Input, uint16_t Size, uint32_t *Output);

复制代码

& s' i$ x3 Q. |" M* E

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

. u) Z# m( B( h( h

今天我们的测试的是最基础的阻塞加解密函数

3 ~" U3 `! ^8 o! D$ n2 J

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];
   1 z0 t$ W$ A5 G8 d) F, U& |
3. /* 计算得到的明文 */
   
4. uint32_t Computed_plainText[AES_DATA_SIZE];
   ) Q' c7 U0 m" [; H
5. 
   
6. /* 用户自定义128bit秘钥 */
   
7. uint32_t user_defined_AesKey_128bit[AES_KEY_SIZE] =
   7 s8 D# L+ p4 Z" a
8. {
   
9.   0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xccddeeff
   
10. };
    
11. /* 加密前的明文 */
    
12. uint32_t AES_plainText[AES_DATA_SIZE] =
    
13. {
    
14.   0x00010203, 0x04050607, 0x08090a0b, 0x0c0d0e0f
    
15. };
    
16. 
    8 I( j" |$ }5 @* ^- C
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] =
    8 I% q2 R4 L9 v, X% L# `( Z! j1 @
19. {
    
20.   0x279FB74A, 0x7572135E, 0x8F9B8EF6, 0xD1EEE003
    
21. };
    
22. /* AES ECB使用cube默认128bit秘钥加密后的秘文 */
    ' K" {* k( i/ L$ C6 c, a9 `8 B3 P
23. uint32_t AES_ECB_Ciphertext_cubeDefault_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
    
24. {
    
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 */
   
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） */
   / u: {0 f+ t1 S
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） */
   
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)
   ; u5 v2 _8 L( l$ k
2. {
   ( [) U6 |* R) c7 n9 {
3.   for (uint8_t i = 0; i < Size; i++)
   
4.   {
   
5.     printf("%02X ", ((*pData & 0xFF000000) >> 24));
   
6.     printf("%02X ", ((*pData & 0x00FF0000) >> 16));
   5 I( n& I( `4 V
7.     printf("%02X ", ((*pData & 0x0000FF00) >> 8));
   - e+ g) ]% m& P  D0 s7 t! T
8.     printf("%02X ", ((*pData & 0x000000FF)));
   ) V1 u* ~. F( |* N
9.     pData++;
   0 _9 `: K* N8 d/ T3 ^+ d
10.   }
    
11.   printf("\r\n");
    
12. }
    + i7 a& k: X7 H; z; a& a+ g8 i
13. 
    . x7 V% m7 [% E
14. void AES_encrypt_test(uint32_t *plainText)
    - j( o9 E# U6 z3 b6 E& Y
15. {
    / G. n7 H9 y/ H1 m: c: ]
16.   printf("plainText = ");
    
17.   dump_data(plainText, AES_DATA_SIZE);
    
18. 
    / g8 K& q1 |1 o# K
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 = ");
    ' v5 f+ E$ }6 E: P# v
23.     dump_data(Computed_Ciphertext, AES_DATA_SIZE);
    
24.   }
    
25.   else
    % e4 F/ i" s$ P" f' S: T! ]
26.   {
    0 P9 c0 ]( L  m9 X1 t8 A$ Z8 l
27.     printf("AES encrypt error\r\n");
    : f8 T% k2 `: V$ k" U* [
28.     Error_Handler();
    
29.   }
    
30.   printf("\r\n");
    
31. }
    
32. 
    
33. void AES_dencrypt_test(uint32_t *cipherText)
    3 [8 y5 g4 n+ R- V7 f% g
34. {
    & H6 M: c, i! L7 G5 z" d5 `" h5 X
35.   printf("cipherText = ");
    
36.   dump_data(cipherText, AES_DATA_SIZE);
    6 ?6 T' c9 D% j/ Q7 ]8 m
37. 
    , @* O& v, F6 Y: R* k
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");
    - O, Z2 l$ i& t0 m: A$ x$ O5 |/ R9 E
41.     printf("Computed_plainText = ");
    ' S; d- E7 x5 C7 q( u4 H
42.     dump_data(Computed_plainText, AES_DATA_SIZE);
    
43.   }
    # q$ G) _* e! r- w7 I+ o! \
44.   else
    5 s6 U% L6 V% q2 q: P/ Z' x- F
45.   {
    " `" W' h9 O+ Z* T& Z
46.     printf("AES dencrypt error\r\n");
    1 u2 t( ?* Q, I" P9 i
47.     Error_Handler();
    
48.   }
    % O& a1 E8 X7 Y
49.   printf("\r\n");
    
50. }

复制代码

% _) h4 a# R& \& x

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");
   9 A& t) \" z: N# m' x3 g9 M  X
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

: S5 d/ r# @; p, M/ F+ u: x

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。

改变秘钥函数

1. void change_key_to_user_defined_AesKey_128bit()
   , `2 w" \9 I1 [! a# G
2. {
   
3.   printf("change AES KEY to user_defined_AesKey_128bit\r\n");
   8 J8 g% b2 F7 S% b
4.   /* 先去初始化 */
   * U4 w1 S, i$ T& T/ g
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   
6.   {
   , \0 v4 Q4 Z5 ]" b& {- ^
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   
8.     Error_Handler();
   7 _" Y, K: n4 `: R5 h/ E% g  L
9.   }
   
10. 
    % [& G/ H" t, i% C- f
11.   /* 修改使用的秘钥 */
    ; {7 X' R9 M2 L7 Q% ]
12.   hcryp.Init.pKey = (uint32_t *)user_defined_AesKey_128bit;
    
13. 
    
14.   /* 再次初始化 */
    " i" h2 F5 J' J: ]9 K+ N
15.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    
16.   {
    4 i! c8 K/ Q. T5 W2 Z" p0 g, p& {
17.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    
18.     Error_Handler();
    
19.   }
    
20.   printf("\r\n");
    9 M: q+ \* B+ ^) o$ I4 C  g
21. }

复制代码

- G& j! }  n" a  t0 a. Y  ]8 D" |

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. 
   9 N/ b; v5 u3 g( v
3.   printf("AES ECB use user defined key 128Bit encrypt test\r\n");
   + h/ g+ V5 X$ a" s2 o9 d9 T
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

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 */
   : y( v% a' P; x
2. uint32_t AES_CBC_Ciphertext_user_defined_128bitKey[AES_DATA_SIZE] =
   
3. {
   
4.   0xFCDBC004, 0xEB4CA8BB, 0x60F4C4A8, 0xC2B9E783
   ( F$ b6 H* o$ p
5. };

复制代码

写一下切换至CBC模式的函数

1. void change_to_aes_cbc_mode()
   ! y( x$ _. X% L  y
2. {
   : O% c0 v* Z2 K1 R7 E5 K
3.   printf("change to AES CBC mode\r\n");
   
4.   /* 先去初始化 */
   5 t2 l6 W4 d" E$ M# D9 p
5.   if (HAL_CRYP_DeInit(&hcryp) != HAL_OK)
   8 {! X1 S* I$ `; Q  N1 g4 G: T! [, T) Y
6.   {
   * d4 S( ]' g4 h) t' q+ c
7.     printf("HAL_CRYP_DeInit error\r\n");
   
8.     Error_Handler();
   1 N) Z# i" l( w" j* v- G1 ^$ W- x
9.   }
   
10. 
    6 @1 b/ b  O  p% S' ]% M; T! \! T
11.   /* 修改为CBC模式 */
    5 P. z3 [+ d2 y% \% V7 K  f+ J
12.   hcryp.Init.Algorithm = CRYP_AES_CBC;
    # C1 C$ I# |0 u9 i. P: R; ^3 q
13.   /* 设置IV */
    6 Q+ f6 R% q: `
14.   hcryp.Init.pInitVect  = AES_CBC_IV;
    
15. 
    
16.   /* 再次初始化 */
    9 R8 [, N3 h6 `+ C
17.   if (HAL_CRYP_Init(&hcryp) != HAL_OK)
    
18.   {
    
19.     printf("HAL_CRYP_Init error\r\n");
    
20.     Error_Handler();
    % B1 l! P; c2 q& _9 G! N  U% p" x6 e
21.   }
    6 Y9 J1 b! e3 G) r& h! B" I6 ^
22.   printf("\r\n");
    ; F$ d$ |) Q7 b% Y+ ]
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();
   ; B- {& ?# M- r
2. 
   ( y0 ~. L5 K' M: E) z* |
3.   printf("AES CBC use user defined key 128Bit encrypt test\r\n");
   
4.   AES_encrypt_test(&AES_plainText[0]);
   
5.   printf("AES CBC use user defined key 128Bit dencrypt test\r\n");
   5 V' g! N3 ^: I* w' Q
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。

& B% m, E) m  N+ S8 R5 G本次工程代码： STM32U0_AES_test.rar (5.21 MB, 下载次数: 3)

2024-5-10 22:54 上传

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9 L# @1 T# ]. E0 k5 ]; Z' z

赞，用心了
+ c) ~* p( K/ \8 o- ]

好详细啊👍